專利名稱：一種激光強(qiáng)化的鐵路道岔轍叉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鐵路道岔轍叉，特別是涉及一種用激光強(qiáng)化的鐵路道岔轍叉。
道岔是鐵路軌道的重要組成部分，隨著鐵路高速的發(fā)展，高的運(yùn)輸強(qiáng)度與低的軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的矛盾日益突出。道岔作為軌道三大薄弱環(huán)節(jié)之一，其技術(shù)性能、質(zhì)量成為強(qiáng)化軌道結(jié)構(gòu)，提高列車行車速度及運(yùn)輸安全的關(guān)鍵限制因素。
我國(guó)目前現(xiàn)存的鐵路道岔約13萬(wàn)組，大部分是低速鐵路(速度小于120km/h)的道岔。我國(guó)解放后生產(chǎn)的道岔50年代主要是“55”型，“57”型。六十年代有“62”型。70年代80年代有“75”型。90年代初，我國(guó)使用的“75”型(含“62”型)道岔超過(guò)10萬(wàn)組，占全部道岔的80％以上。90年代初又研制了“92”型快速道岔。今后在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，低速鐵路仍將大量使用“75”型，“92”型道岔。90年代中期，為適應(yīng)鐵路提速要求，研制生產(chǎn)了適應(yīng)速度在160km/h的道岔，稱為提速道岔(準(zhǔn)高速)。今后還將研制適應(yīng)200km/h以上速度的道岔(高速)。目前，提速道岔正在各重要鐵路干線大量鋪設(shè)；鋪設(shè)后出現(xiàn)的問(wèn)題主要是尖軌病害、護(hù)軌病害和轍叉病害，尤其轍叉病害最為嚴(yán)重。
轍叉是道岔的核心部件，其作用是使車輪在平面上交叉通過(guò)鋼軌。目前我國(guó)轍叉有固定和心軌可動(dòng)兩種。固定轍叉按構(gòu)造分有三種類型鋼軌組合式，主要用在次要線路和站場(chǎng)；高錳鋼整鑄轍叉，目前在正線上已普遍使用；高錳鋼拼裝轍叉，在提速干線目前正在積極試鋪。可動(dòng)心軌轍叉是將轍叉的心軌在轍叉翼軌的框架內(nèi)轉(zhuǎn)換，使鋼軌保持連續(xù)，消除了固定轍叉的有害空間，有鋼軌組合式可動(dòng)心軌轍叉和高錳鋼整鑄可動(dòng)心軌轍叉兩種，目前高速客線和干線正在大量鋪設(shè)。
高錳鋼因其良好的韌性和強(qiáng)度，尤其是高錳鋼在轍叉上的沖擊硬化效應(yīng)，故在鐵路轍叉上使用高錳鋼，已有百年的歷史。未經(jīng)激光強(qiáng)化的高錳鋼整鑄轍叉硬度一般在HRB180-220間，經(jīng)車輪碾壓、沖擊后，其硬化層硬度可達(dá)HRB450-550，經(jīng)實(shí)測(cè)經(jīng)車輪碾壓、沖擊的高錳鋼整鑄轍叉的軌頭，其平均硬度為585HV。目前我國(guó)轍叉上仍大量使用的高錳鋼，13萬(wàn)組道岔中，高錳鋼轍叉占80％，約10萬(wàn)組。放本說(shuō)明書(shū)所指的鐵路道岔轍叉，主要指高錳鋼整鑄轍叉、高錳鋼拼裝轍叉和高錳鋼整鑄可動(dòng)心軌轍叉，其次是指鋼軌組合式轍叉和鋼軌組合式可動(dòng)心軌轍叉。
高錳鋼錳含量11-14％，錳碳比大于10，在鑄態(tài)時(shí)，碳化物在奧氏體晶界上析出，降低高錳鋼機(jī)械強(qiáng)度，不耐磨，有脆性，受沖擊后易出現(xiàn)裂紋經(jīng)1050℃的水韌處理，碳化物在奧氏體內(nèi)完全溶解，得到純奧氏體組織，機(jī)械性能顯著提高，無(wú)磁性；高錳鋼可焊性差，線脹系數(shù)是低碳鋼的1.3倍，導(dǎo)熱性比碳鋼小很多，收縮率大1-2倍，焊補(bǔ)工藝不當(dāng)，容易使熱量集中而產(chǎn)生裂紋；高錳鋼含碳高，散熱慢，堆焊時(shí)受高溫影響，晶界上析出碳化物，降低高錳鋼的強(qiáng)度和韌性；高錳鋼300℃碳化物開(kāi)始析出并存在于晶界，強(qiáng)度、韌性下降，有磁性；高錳鋼整鑄轍叉，受鋼中冶煉夾雜物及分布的影響，鑄造中砂眼、氣孔、疏松的影響及熱處理等多種復(fù)雜工藝的影響，目前高錳鋼材料的潛力未能充分發(fā)揮。
規(guī)范中規(guī)定的高錳鋼轍叉輕傷、重傷標(biāo)準(zhǔn)，主要是裂紋問(wèn)題，其次是表面剝落和磨耗。實(shí)際使用中高錳鋼轍叉的主要問(wèn)題也是裂紋問(wèn)題，其次是表面剝落和磨耗問(wèn)題。高錳鋼轍叉最短的上線到運(yùn)行時(shí)間3個(gè)月，通過(guò)總重3000多萬(wàn)噸，平均約8000萬(wàn)噸，主要干線一般一年左右就要更換。為了延長(zhǎng)高錳鋼轍叉的壽命，鐵路部門普遍推廣高錳鋼轍叉工廠修理技術(shù)和KD286焊條就地修復(fù)技術(shù)，一般就地焊修后使用幾個(gè)月就得更換下道。錳叉問(wèn)題在鐵道工務(wù)系統(tǒng)是個(gè)很頭痛的問(wèn)題，目前仍無(wú)很好的解決辦法。
我國(guó)最大的兩個(gè)高錳鋼轍叉生產(chǎn)廠是山海關(guān)橋梁廠和寶雞橋梁廠。為了解決高錳鋼轍叉的問(wèn)題，山海關(guān)橋梁廠正在與上海大學(xué)研究微合金高錳鋼轍叉，寶雞橋梁廠正在研究用稀土減少夾雜物，都在試圖從冶金上提高高錳鋼轍叉的質(zhì)量。鐵路大提速后，高錳鋼轍叉的問(wèn)題更加突出，一些研究機(jī)構(gòu)正在開(kāi)發(fā)新的耐磨鋼，試圖用新的鋼種從材料上根本解決。
面對(duì)鐵路道岔高錳鋼轍叉問(wèn)題難以解決的現(xiàn)狀，鐵道部門在近幾年無(wú)奈重新推出高錳鋼拼裝轍叉。高錳鋼拼裝轍叉50年代就曾試制，心軌是高錳鋼，翼軌用鋼軌拼裝，優(yōu)點(diǎn)是可以更換部件，但整體性差。在80年代鐵道部重新試制高錳鋼拼裝轍叉，90年代中期鑒定推廣。目前四川工業(yè)大學(xué)已開(kāi)發(fā)出一種高硅錳微合金鋼，用鍛造的工藝生產(chǎn)高錳鋼拼裝轍叉的心軌。目前在已在主要正線鋪設(shè)500多組作現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
本實(shí)用新型用一種新的思路來(lái)解決鐵路道岔轍叉問(wèn)題。激光技術(shù)是一項(xiàng)迅速發(fā)展的高新技術(shù)，激光表面工程技術(shù)是激光應(yīng)用的一個(gè)分支，目前已成為材料表面強(qiáng)化的最有效的手段之一。激光強(qiáng)化技術(shù)很適宜于鐵路道岔轍叉表面硬化、磨耗掉塊的熔覆、裂紋熔凝消除、表面合金強(qiáng)化、材料冶金凈化及局部冶金缺陷的修理。
本實(shí)用新型的目的是提供一種激光強(qiáng)化的鐵路道岔轍叉，克服目前鐵路道岔轍叉使用中的存在多種弊端，以得到比目前鐵路道岔轍叉更高的強(qiáng)度、硬度、維修的機(jī)動(dòng)性和更長(zhǎng)的使用壽命，以適應(yīng)鐵路提速對(duì)道岔轍叉提出的更高要求。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的鐵路道岔轍叉，包括轍叉表面，轍叉基體，轍叉軌頭，轍叉軌腰，轍叉底板，轍叉翼軌，轍叉心軌，轍叉護(hù)軌，轍叉叉趾，轍叉叉跟。用激光束照射轍叉表面，依據(jù)不同的激光加工參數(shù)和作業(yè)程序，可在轍叉表面及基體中分別形成激光表面相變硬化層，激光表面熔凝硬化層，激光表面合金化硬化層，激光表面熔覆硬化層，轍叉基體激光熔凝硬化層，轍叉基體激光合金化硬化層，轍叉基體裂紋激光熔凝修復(fù)硬化層，轍叉基體冶金缺陷激光熔凝修理硬化層，轍叉堆焊修復(fù)層激光重熔硬化層，熱影響層。激光強(qiáng)化轍叉的幾何尺寸與目前國(guó)產(chǎn)轍叉相同，轍叉基體的材質(zhì)與目前國(guó)產(chǎn)轍叉相同。各種硬化層、熱影響層，在轍叉表面下一定深度與范圍內(nèi)，是通過(guò)激光束照射轍叉表面形成的。各種硬化層與轍叉基體間有熱影響層。各種硬化層在轍叉表面上有一定的平面形狀，可以是網(wǎng)狀，點(diǎn)狀，直線狀，曲線狀，平面狀；各種硬化層在轍叉基體中有一定的空間形狀，可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。各種硬化層在轍叉基體中有特定的微觀組織結(jié)構(gòu)，這種特定的微觀組織結(jié)構(gòu)有著特定的物理性狀與特性。
激光強(qiáng)化轍叉的主要特征是用激光束在轍叉表面下一定深度與范圍內(nèi)產(chǎn)生硬化層。硬化層與轍叉基體有著相同的或不同的化學(xué)成分，不同的顯微組織結(jié)構(gòu)，也有著優(yōu)異的物理特性。激光強(qiáng)化的轍叉僅在輪軌接觸面下局部用激光束進(jìn)行強(qiáng)化形成硬化層，也可根據(jù)轍叉的病害情況局部用激光束進(jìn)行強(qiáng)化修理。利用激光設(shè)備，激光強(qiáng)化的轍叉可以在工廠生產(chǎn)線上生產(chǎn)，也可以在軌道上就地對(duì)既有轍叉進(jìn)行激光強(qiáng)化。當(dāng)軌道上激光強(qiáng)化的轍叉硬化層磨損或疲勞破壞時(shí)，還可以利用激光設(shè)備在激光強(qiáng)化過(guò)的轍叉上重新形成新的硬化層。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為激光強(qiáng)化的轍叉耐磨性好，抗沖擊韌性優(yōu)良，通過(guò)總重比普通的轍叉可增加1倍，是一種手段獨(dú)特、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、性能優(yōu)異的新轍叉。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述


圖1為本實(shí)用新型平面圖。
圖2為本實(shí)用新型剖面圖。
參照
圖1、圖2，標(biāo)號(hào)(1)為轍叉表面，標(biāo)號(hào)(2)為轍叉基體，標(biāo)號(hào)(3)為轍叉軌頭，標(biāo)號(hào)(4)為轍叉軌腰，標(biāo)號(hào)(5)為轍叉底板，標(biāo)號(hào)(6)為轍叉翼軌，標(biāo)號(hào)(7)為轍叉心軌，標(biāo)號(hào)(8)為轍叉護(hù)軌，標(biāo)號(hào)(9)為轍叉叉趾，標(biāo)號(hào)(10)為轍叉叉跟，標(biāo)號(hào)(11)為激光表面相變硬化層，標(biāo)號(hào)(12)為激光表面熔凝硬化層，標(biāo)號(hào)(13)為激光表面合金化硬化層，標(biāo)號(hào)(14)為激光表面熔覆硬化層，標(biāo)號(hào)(15)為轍叉基體激光熔凝硬化層，標(biāo)號(hào)(16)為轍叉基體激光合金化硬化層，標(biāo)號(hào)(17)為轍叉基體裂紋激光熔凝修復(fù)硬化層，標(biāo)號(hào)(18)為轍叉基體冶金缺陷激光熔凝修理硬化層，標(biāo)號(hào)(19)為轍叉堆焊修復(fù)層激光重熔硬化層，標(biāo)號(hào)(20)為熱影響層。
實(shí)施例1用激光束照射鋼軌組合式轍叉表面(1)，調(diào)整激光器輸出功率和光頭的運(yùn)動(dòng)速度，使鋼軌組合式轍叉表面(1)不致熔化又能獲得設(shè)計(jì)的硬化深度，移動(dòng)激光束，原照射點(diǎn)熱量在鋼軌組合式轍叉基體(2)中迅速散發(fā)而快速自冷而淬火，這樣可在鋼軌組合式轍叉表面(1)上獲得需要的激光相變硬化硬化層(11)。
工廠生產(chǎn)這種激光強(qiáng)化的鋼軌組合式轍叉需激光數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床由二氧化碳?xì)怏w激光器，導(dǎo)光系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床組成。首先將鋼軌組合式轍叉進(jìn)行予處理，涂專門的涂料，以提高鋼軌組合式轍叉對(duì)激光的吸收率。激光光斑直經(jīng)D，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度V，功率密度P0等加工參數(shù)要認(rèn)真試驗(yàn)確定。激光光斑可為圓形，也可為矩形，也可為線形。當(dāng)激光器輸出功率確定后，可通過(guò)調(diào)整光頭與工件的距離L來(lái)調(diào)整功率密度。過(guò)大的功率密度會(huì)使鋼軌組合式轍叉表面溶化，鋼軌組合式轍叉相變硬化可取功率密度為104-105W/cm2。激光照射表面，迅速加熱到相變溫度以上形成高溫相，激光加熱速度為103-104℃/S。當(dāng)激光束移開(kāi)，熱量迅速在鋼軌組合式轍叉基體(2)內(nèi)傳導(dǎo)而冷卻，冷卻速度可達(dá)104-106℃/S。激光表面加熱極快，奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，所以在鋼軌組合式轍叉表面的奧氏體晶粒很細(xì)，自淬火后形成的馬氏體尺寸極小，可形成超細(xì)化的隱晶馬氏體。表面硬度可達(dá)900-1100HV，耐磨性很好。調(diào)整有關(guān)參數(shù)，硬化層深度可達(dá)5mm。尤其是用傳統(tǒng)淬火方法難以處理的地方，用激光淬火可很方便的處理。
激光束可在鋼軌組合式轍叉表面產(chǎn)生連續(xù)的相變硬化層，也可以掃描成不連續(xù)的、具有一定表面形狀或空間形狀的硬化層，如網(wǎng)狀，直線狀，曲線狀，平面狀，點(diǎn)狀。鋼軌組合式轍叉表面(1)上獲得需要的激光相變硬化硬化層(11)，可在新鋼軌組合式轍叉表面上形成，也可在修理的鋼軌組合式轍叉表面上形成；可在工廠生產(chǎn)，也可用激光車在軌道上就地生產(chǎn)。
實(shí)施例2用激光束照射高錳鋼拼裝轍叉表面(1)，調(diào)整激光光頭與高錳鋼整鑄轍叉表面的距離，用近于聚焦的激光束照射高錳鋼整鑄轍叉表面，其表面迅速溶化，產(chǎn)生熔池，激光束移動(dòng)后，熔池靠高錳鋼整鑄轍叉自身快速冷卻凝固，這樣在高錳鋼整鑄轍叉表面(1)上得到激光表面熔凝硬化層(12)。
激光熔凝硬化比激光相變硬化所用的激光能量密度高，約109W/m2，為提高高錳鋼拼裝轍叉表面(1)對(duì)激光的吸收率，在處理表面涂摻石墨的硅酸鈉或其他材料，熔池溫度達(dá)1200℃以上。激光束照射高錳鋼拼裝轍叉表面(1)的同時(shí)，在熔池上方要用惰性氣體保護(hù)，以避免熔池氧化。
調(diào)整激光束功率密度P0，掃描速度V，作用時(shí)間T，光頭與高錳鋼拼裝轍叉表面(1)的距離L，光斑直徑等參數(shù)，高錳鋼拼裝轍叉表面(1)激光熔凝后熔凝層的金相組織會(huì)出現(xiàn)超細(xì)共晶，細(xì)樹(shù)枝晶，非晶態(tài)組織。高錳鋼拼裝轍叉表面(1)熔凝層為共晶組織，這是由于予涂層碳向熔池滲入熔池在激光束作用下高速對(duì)流的結(jié)果。共晶組織極為細(xì)密，內(nèi)部主要由馬氏體和滲碳體構(gòu)成，硬度高達(dá)1100HV。共晶層下方為枝晶區(qū)，枝晶區(qū)底部存在一層薄的白色區(qū)，往下是熱影響相變區(qū)，再往下是基體區(qū)。熔凝區(qū)，過(guò)渡區(qū)，相變區(qū)總厚可達(dá)1--5mm，調(diào)整參數(shù)可得更厚的5-15mm處理層。由于激光熔凝區(qū)組織極其細(xì)密，均勻，硬度很高，所以激光強(qiáng)化的高錳鋼拼裝轍叉激光表面熔凝硬化層(12)有很好的耐磨性。由于激光熔凝高錳鋼拼裝轍叉表面到基體有很好的各種組織過(guò)渡，處理層與基體有很好的結(jié)合冶金，內(nèi)有殘余壓應(yīng)力，所以激光強(qiáng)化的高錳鋼拼裝轍叉激光表面熔凝硬化層(12)有很好的韌性，耐接觸疲勞，不宜剝離掉塊。
激光束可在高錳鋼拼裝轍叉表面(11)產(chǎn)生連續(xù)的激光表面熔凝硬化層(12)，也可以掃描成不連續(xù)的、具有一定表面形狀或空間形狀的激光表面熔凝硬化層(12)，如網(wǎng)狀，直線狀，曲線狀，平面狀，點(diǎn)狀。高錳鋼拼裝轍叉表面(1)上獲得需要的激光表面熔凝硬化層(12)，可在新高錳鋼拼裝轍叉表面(1)上形成，也可在修理的高錳鋼拼裝轍叉表面(1)上形成；可在工廠生產(chǎn)，也可用激光車在軌道上就地生產(chǎn)。
實(shí)施例3用激光束照射高錳鋼整鑄轍叉表面(1)，高錳鋼整鑄轍叉表面(1)上產(chǎn)生熔池，同時(shí)將合金粉末送入熔池，迅速熔化、混合、凝固，在高錳鋼整鑄轍叉表面(1)上形成一層新的合金。新合金改變了高錳鋼整鑄轍叉基體(2)的化學(xué)成分，又改變了組織結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)，這樣在高錳鋼整鑄轍叉表面(1)上形成激光表面合金化硬化層(13)。
高錳鋼整鑄轍叉在激光合金化前，要進(jìn)行予處理，將合金材料用刷、噴涂等方法予置到表面，調(diào)整激光光頭透鏡與高錳鋼整鑄轍叉表面(1)的距離，使其處于透鏡焦點(diǎn)或近焦點(diǎn)處，激光功率密度108w/cm2，熔池溫度1200℃以上，冷卻速度106℃/s，合金層深度在高錳鋼整鑄轍叉表面可達(dá)5mm，在轍叉基體中可達(dá)15mm。
高錳鋼整鑄轍叉表面(1)的激光熔池需用惰性氣體保護(hù)，以免氧化而影響合金質(zhì)量?？梢圆捎米詣?dòng)氣流送粉系統(tǒng)，在向熔池表面吹入惰性氣體的同時(shí)，用氣流把予先配好的合金粉末噴入熔池，這樣省去了涂刷工序，而且可以精確控制合金成分。激光合金化的粉末有非金屬，合金，陶瓷粉末幾種。激光強(qiáng)化高錳鋼整鑄轍叉激光表面合金化硬化層(13)用的合金粉末含有Cr，Ni，W，Ti，Mo，B，V，Co，Nb等。
如前所述，目前高錳鋼使用中所出現(xiàn)的問(wèn)題，主要是冶金、工藝、材料上的問(wèn)題，使高錳鋼材料的潛力未能充分發(fā)揮，有關(guān)部門正在從這三方面進(jìn)行研究攻關(guān)。山海關(guān)橋梁廠與上海大學(xué)研究的微合金高錳鋼轍叉，寶雞橋梁廠研究用稀土減少夾雜物，是試圖從冶金上提高高錳鋼轍叉的質(zhì)量。四川工業(yè)大學(xué)已開(kāi)發(fā)出一種高硅錳微合金鋼，一些研究機(jī)構(gòu)正在開(kāi)發(fā)新的耐磨鋼，試圖用新的鋼種從材料上根本解決。這些研究成果，都可以通過(guò)激光表面合金化在高錳鋼整鑄轍叉表面(1)或基體(2)的局部得以實(shí)現(xiàn)。
激光表面合金化硬化層(13)由兩層組成，第一層為合金層，由于合金粉末在激光熔池里迅速熔化、混合，所得的合金層成分均勻，金相組織呈多元共晶體，組織細(xì)密。第二層為熱影響層(20)，由于在激光熔池中，合金熔體與基體間有極大的濃度梯度，合金元素短程擴(kuò)散，合金層與熱影響區(qū)界面的顯微組織呈樹(shù)枝晶，與基體熱影響層(20)的馬氏體交錯(cuò)排列，界面結(jié)合為冶金結(jié)合。
激光束可在高錳鋼整鑄轍叉表面(1)產(chǎn)生連續(xù)的激光表面合金化硬化層(13)，也可以掃描成不連續(xù)的、具有一定表面形狀或空間形狀的激光表面合金化硬化層(13)，如網(wǎng)狀，直線狀，曲線狀，平面狀，點(diǎn)狀。高錳鋼整鑄轍叉表面(1)上獲得需要的激光表面合金化硬化層(13)，可在新高錳鋼整鑄轍叉表面(1)上形成，也可在修理的高錳鋼整鑄轍叉表面(1)上形成；可在工廠生產(chǎn)，也可用激光車在軌道上就地生產(chǎn)。
實(shí)施例4用激光束照射高錳鋼轍叉心軌表面(1)，高錳鋼轍叉心軌表面(1)上產(chǎn)生熔池，將合金粉末予置或送粉到熔池，合金粉末與少量高錳鋼轍叉心軌基體(2)熔化、混合后迅速凝固，在高錳鋼轍叉心軌表面(1)上形成一層新的合金。新合金改變了高錳鋼轍叉心軌基體(2)的化學(xué)成分，又改變了組織結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)，這樣在高錳鋼轍叉心軌表面(1)上形成一層與合金粉末基本一致的激光表面熔覆硬化層(14)。
激光強(qiáng)化的高錳鋼轍叉心軌的激光表面熔覆硬化層(14)與的激光表面合金化硬化層(13)區(qū)別是激光表面熔覆硬化層(14)要求高錳鋼轍叉心軌表面(1)微熔而予復(fù)層全部熔化，予復(fù)層合金成分基本不變，僅在與高錳鋼轍叉心軌結(jié)合面處受到稀釋；而激光表面合金化硬化層(13)是使添加合金元素與高錳鋼整鑄轍叉基體(2)局部混合而形成新的合金層。
激光表面熔覆硬化層(14)加工的工藝參數(shù)除了前述的工藝參數(shù)外，還有粉末粒度，送粉速率，保護(hù)氣體流量，搭接寬度等。粉末粒度取100～300目，搭接率40％左右，送粉量選取合適時(shí)，熔覆層斷面呈半月形。激光表面熔覆硬化層(14)用的粉末有鎳基自熔合金，鈷基自熔合金，鐵基自熔合金，陶瓷型自熔合金以及品種繁多的復(fù)合粉末；也可自行開(kāi)發(fā)新的耐磨合金粉末或?qū)Ｓ梅勰?br> 激光強(qiáng)化的高錳鋼轍叉心軌在激光熔覆前，要進(jìn)行予處理，熔覆材料可用刷涂，噴涂等方法予置到高錳鋼轍叉心軌表面(1)，激光功率密度106w/cm2，熔池溫度1200℃以上，冷卻速度106C/s，熔覆層深度可達(dá)5mm。表面的激光熔池需用惰性氣體保護(hù)，采用自動(dòng)送粉系統(tǒng)可同時(shí)將粉末與惰性氣體送進(jìn)熔池。
采用不同的合金粉末在激光表面熔覆硬化層(14)可形成不同的金相組織，熔覆層組織晶粒細(xì)小，熔覆層與基體間有熱影響層且界面間有良好的冶金結(jié)合。
激光束可在高錳鋼轍叉心軌表面(1)產(chǎn)生連續(xù)的激光表面熔覆硬化層(14)，也可以掃描成不連續(xù)的、具有一定表面形狀或空間形狀的激光表面熔覆硬化層(14)，如網(wǎng)狀，直線狀，曲線狀，平面狀，點(diǎn)狀。高錳鋼轍叉心軌表面(1)上獲得需要的激光表面熔覆硬化層(14)，可在新高錳鋼轍叉心軌表面(1)上形成，也可在修理的高錳鋼轍叉心軌表面(1)上形成；可在工廠生產(chǎn)，也可用激光車在軌道上就地生產(chǎn)。
上述的激光強(qiáng)化鐵路道岔轍叉的各種硬化層進(jìn)一步說(shuō)明如下激光表面相變硬化層(11)、激光表面熔凝硬化層(12)、激光表面合金化硬化層(13)、激光表面熔覆硬化層(14)主要是指激光強(qiáng)化在轍叉軌頭(3)、轍叉翼軌(6)、轍叉心軌(7)的輪軌工作邊形成的硬化層。
轍叉基體激光熔凝硬化層(15)主要是指激光熔凝在轍叉表面(1)下轍叉基體(2)中較深部位形成的硬化層。轍叉基體激光熔凝硬化層(15)的深度可達(dá)15mm，可以在轍叉基體(2)中形成面積、體積較大的激光熔凝硬化層(15)，對(duì)轍叉基體(2)的局部進(jìn)行基材凈化、強(qiáng)化或補(bǔ)強(qiáng)；可以用在轍叉軌頭(3)，轍叉軌腰(4)，轍叉底板(5)，轍叉翼軌(6)，轍叉心軌(7)，轍叉護(hù)軌(8)，轍叉叉趾(9)，轍叉叉跟(10)等處。
轍叉基體激光合金化硬化層(16)主要是指激光合金化在轍叉表面(1)下轍叉基體(2)中較深部位形成的硬化層。轍叉基體激光合金化硬化層(16)的深度可達(dá)15mm，可以在轍叉基體(2)中形成面積、體積較大的激光合金化硬化層(16)，對(duì)轍叉基體(2)的局部進(jìn)行強(qiáng)化或補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)基材也有凈化作用；可以用在轍叉軌頭(3)，轍叉軌腰(4)，轍叉底板(5)，轍叉翼軌(6)，轍叉心軌(7)，鑄轍叉護(hù)軌(8)，轍叉叉趾(9)，轍叉叉跟(10)等處。
轍叉基體裂紋激光熔凝修復(fù)硬化層(17)主要是指，激光熔凝在高錳鋼轍叉表面(1)下高錳鋼轍叉基體(2)中修復(fù)各種裂紋形成的硬化層。高錳鋼轍叉基體裂紋激光熔凝修復(fù)硬化層(17)的深度可達(dá)15mm，可以在高錳鋼轍叉基體(2)中裂紋周圍形成面積、體積較大的激光熔凝硬化層(17)，對(duì)高錳鋼轍叉基體(2)的裂紋周圍局部進(jìn)行基材凈化、強(qiáng)化或補(bǔ)強(qiáng)；可以用在高錳鋼轍叉軌頭(3)，高錳鋼轍叉軌腰(4)，高錳鋼轍叉底板(5)，高錳鋼轍叉翼軌(6)，高錳鋼轍叉心軌(7)，高錳鋼轍叉護(hù)軌(8)，高錳鋼轍叉叉趾(9)，高錳鋼轍叉叉跟(10)等處。
轍叉基體冶金缺陷激光熔凝修理硬化層(18)主要是指，在高錳鋼轍叉表面(1)下高錳鋼轍叉基體(2)中，受高錳鋼中冶煉夾雜物、鑄造中砂眼、氣孔、疏松等因素影響而形成的冶金缺陷，可用激光熔凝形成高錳鋼轍叉基體冶金缺陷激光熔凝修理硬化層(18)。硬化層(18)的深度可達(dá)15mm，可以在高錳鋼轍叉基體(2)中冶金缺陷周圍形成面積、體積較大的激光熔凝硬化層(18)，對(duì)高錳鋼轍叉基體(2)中的冶金缺陷周圍局部進(jìn)行激光基材凈化、強(qiáng)化或補(bǔ)強(qiáng)；可以用在高錳鋼轍叉軌頭(3)，高錳鋼轍叉軌腰(4)，高錳鋼轍叉底板(5)，高錳鋼轍叉翼軌(6)，高錳鋼轍叉心軌(7)，高錳鋼轍叉護(hù)軌(8)，高錳鋼轍叉叉趾(9)，高錳鋼轍叉叉跟(10)等處。
轍叉堆焊修復(fù)層激光重熔硬化層(19)主要是指，在高錳鋼轍叉表面(1)下高錳鋼轍叉基體(2)中，用合金鋼焊條堆焊修復(fù)各種裂紋、挖補(bǔ)、掉塊缺損形成的堆焊硬化層，用激光重新熔凝這些堆焊硬化層而形成的硬化層(19)。高錳鋼轍叉堆焊修復(fù)層激光重熔硬化層(19)的深度可達(dá)15mm，可以在高錳鋼轍叉基體(2)中堆焊修復(fù)層周圍形成面積、體積較大的激光熔凝硬化層(19)，對(duì)高錳鋼轍叉基體(2)中的堆焊修復(fù)層周圍局部進(jìn)行激光重新強(qiáng)化或補(bǔ)強(qiáng)；可以用在高錳鋼轍叉軌頭(3)，高錳鋼轍叉軌腰(4)，高錳鋼轍叉底板(5)，高錳鋼轍叉翼軌(6)，高錳鋼轍叉心軌(7)，高錳鋼轍叉護(hù)軌(8)，高錳鋼轍叉叉趾(9)，高錳鋼轍叉叉跟(10)等處。
利用激光車就地強(qiáng)化鐵路道岔轍叉，不僅可以消除因輪軌接觸應(yīng)力造成的轍叉表面(1)輪軌工作邊的疲勞裂紋，而且可以根據(jù)運(yùn)量和轍叉的傷損情況，合理選擇的激光強(qiáng)化轍叉的修理周期和激光維修的作業(yè)參數(shù)，對(duì)轍叉進(jìn)行周期性的激光強(qiáng)化；轍叉可以多次形成激光強(qiáng)化硬化層；還可以對(duì)超過(guò)輕傷、重傷標(biāo)準(zhǔn)的高錳鋼轍叉進(jìn)行隨時(shí)的激光強(qiáng)化在線急修，這樣將大大延長(zhǎng)高錳鋼轍叉的在線服役時(shí)間和通過(guò)總重。激光強(qiáng)化鐵路道岔轍叉有著獨(dú)特的物理特性，根據(jù)設(shè)計(jì)的硬化層(11)--(19)的不同，其抗拉強(qiáng)度可在800--1300Mpa間，硬度可在600--1100HV間，是一種超高強(qiáng)耐磨的鐵路道岔轍叉。激光強(qiáng)化鐵路道岔轍叉廣泛適用于國(guó)鐵路網(wǎng)線路和站場(chǎng)、地方鐵路、城市輕軌、地鐵，廠礦專用線，尤其是運(yùn)煤專線和高速重載的主要鐵道干線。
權(quán)利要求1.一種鐵路道岔轍叉，包括高錳鋼整鑄轍叉、高錳鋼或特種鋼組合轍叉、鋼軌組合轍叉、可動(dòng)心軌轍叉的表面、基體、軌頭、軌腰、底板、翼軌、心軌、護(hù)軌、叉趾、叉跟，其特征在于，轍叉表面及轍叉基體，存在著一種或多種激光強(qiáng)化硬化層，硬化層與轍叉基體間存在熱影響層，硬化層和熱影響層的顯微組織結(jié)構(gòu)主要是細(xì)晶馬氏體，硬度600-1100HV，抗拉強(qiáng)度800-1300MPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路道岔轍叉，其特征在于，激光強(qiáng)化硬化層在轍叉表面的平面形狀是網(wǎng)狀，或點(diǎn)狀，或直線狀，或曲線狀，或平面狀，在轍叉基體中的空間形狀是連續(xù)的或不連續(xù)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路道岔轍叉，其特征在于，轍叉表面激光強(qiáng)化硬化層的厚度可達(dá)5mm，轍叉基體激光強(qiáng)化硬化層的厚度可達(dá)15mm。
專利摘要一種激光強(qiáng)化的鐵路道岔轍叉，其表面和基體可以制作一種或多種激光強(qiáng)化的硬化層，比普通鐵路道岔轍叉有更高的強(qiáng)度、硬度、維修的機(jī)動(dòng)性和更長(zhǎng)的使用壽命，克服了目前鐵路道岔轍叉使用中存在多種弊端，可滿足鐵路提速對(duì)道岔轍叉提出的要求。
文檔編號(hào)E01B7/10GK2670419SQ0320191
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2003年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月3日
發(fā)明者張準(zhǔn)勝 申請(qǐng)人:張準(zhǔn)勝, 呂杰勝