專利名稱：一種提高鐵路轍叉壽命的在線熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料熱加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鐵路轍叉的熱處理方法。
背景技術(shù)：
高錳鋼由于其優(yōu)異的加工硬化性能、較高的強(qiáng)度和韌度，從19世紀(jì)末開(kāi)始，就一直用于制造鐵路線路中的關(guān)鍵部件一轍叉。目前，我國(guó)制造的普通高錳鋼轍叉的平均使用壽命(以過(guò)載量計(jì))為I. 4 I. 5億噸，美國(guó)和歐洲等國(guó)家制造的普通高錳鋼轍叉的使用壽命達(dá)到2億噸以上。隨著鐵路運(yùn)輸速度的提高，要求進(jìn)一步提高轍叉的使用壽命和安全性能。貝氏體鋼因其具有高的強(qiáng)度、適當(dāng)?shù)捻g度和硬度使其表現(xiàn)出優(yōu)良的抗接觸疲勞和耐磨性能，尤其是它具有優(yōu)異的焊接工藝性能，使它成為制作新型高速、尤其重載鐵路用轍叉的理想材料。在使用過(guò)程中，無(wú)論是高錳鋼轍叉還是貝氏體鋼轍叉，它們的最終失效形式主要是心軌寬2(T50mm以及翼軌上與心軌的過(guò)渡段的滾動(dòng)接觸疲勞和剝落。高錳鋼轍叉和貝 氏體鋼轍叉的滾動(dòng)接觸疲勞破壞機(jī)理不完全相同，高錳鋼轍叉疲勞失效是，因?yàn)榻?jīng)歷車輪的反復(fù)碾壓，累計(jì)嚴(yán)重塑性變形，然后在其亞表層產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而裂紋擴(kuò)展，造成疲勞剝落。貝氏體鋼轍叉疲勞失效是，由于受到車輪的反復(fù)碾壓，使其表面產(chǎn)生嚴(yán)重塑性變形，因變形使貝氏體鋼轍叉中的殘余奧氏體發(fā)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變，從而使轍叉表層硬度提高、同時(shí)韌性強(qiáng)烈降低，脆性增加。因此，一旦貝氏體鋼轍叉內(nèi)部產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋就會(huì)迅速擴(kuò)展，導(dǎo)致疲勞剝落。但兩者產(chǎn)生疲勞的原因都是由于嚴(yán)重變形導(dǎo)致材料內(nèi)部組織演變，進(jìn)而材料性能蛻變，最后造成疲勞破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、效果明顯的提高鐵路轍叉壽命的在線熱處理方法。本發(fā)明主要是用常規(guī)的氧氣-乙炔加熱方法，對(duì)在線路上服役的高錳鋼轍叉或者貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌工作表面局部區(qū)域進(jìn)行熱處理的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
對(duì)在線路上服役的高錳鋼轍叉或者貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌工作表面進(jìn)行熱處理的區(qū)域只是心軌寬20 60mm段、翼軌上與心軌跨越區(qū)域500mm范圍內(nèi)，用氧氣一乙炔火焰對(duì)工作表面加熱到300 400°C，利用火焰保溫10 30min后空冷，心軌和翼軌的內(nèi)層溫度自然梯度下降。需要進(jìn)行這種熱處理的鐵路轍叉是服役時(shí)間達(dá)到其總壽命的70 80%的轍叉。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
I、工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉。2、在轍叉表層還沒(méi)有產(chǎn)生疲勞裂紋前，通過(guò)熱處理，使材料因嚴(yán)重塑性變形造成的演變的組織得以回復(fù)和重構(gòu)，從而，使其已經(jīng)產(chǎn)生蛻變的性能得到一定程度的恢復(fù)，可以使鐵路轍叉鋼的抗?jié)L動(dòng)接觸疲勞的壽命提高30%以上。


圖I是本發(fā)明的服役轍叉需要熱處理的區(qū)域示意圖。
具體實(shí)施例實(shí)施例I 如圖I所示，從在線路上已經(jīng)經(jīng)過(guò)80%使用壽命的高錳鋼轍叉心軌I寬30mm處位置2，切取兩塊滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)用試樣。將其中的一塊利用氧氣一乙炔火焰對(duì)工作表面進(jìn)行加熱到350°C，利用火焰保溫15min后在空冷自然冷卻熱處理；另外一塊不進(jìn)行任何熱處理。然后，將兩塊試樣在實(shí)驗(yàn)室條件下同時(shí)進(jìn)行對(duì)比滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)，測(cè)試它們的疲勞性能。經(jīng)過(guò)以上表面短時(shí)熱處理的高錳鋼轍叉心軌的疲勞壽命可以得到大幅度提高，與沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理的高錳鋼轍叉心軌試樣的疲勞壽命相比提高33%。實(shí)施例2
從在線路上已經(jīng)經(jīng)過(guò)70%使用壽命的貝氏體鋼轍叉心軌寬50mm處位置，切取兩塊滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)用試樣。將其中的一塊利用氧氣一乙炔火焰對(duì)工作表面進(jìn)行加熱到400°C，利用火焰保溫IOmin后在空冷自然冷卻熱處理；另外一塊不進(jìn)行任何熱處理。然后，將兩塊試樣在實(shí)驗(yàn)室條件下同時(shí)進(jìn)行對(duì)比滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)，測(cè)試它們的疲勞性能。經(jīng)過(guò)以上表面短時(shí)熱處理的貝氏體鋼轍叉心軌的疲勞壽命可以得到大幅度提高，與沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理的貝氏體鋼轍叉心軌試樣的疲勞壽命相比提高31%。實(shí)施例3
如圖I所示，從在線路上已經(jīng)經(jīng)過(guò)75%使用壽命的高錳鋼轍叉翼軌4上與心軌跨越區(qū)域3內(nèi)切取兩塊滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)用試樣。將其中的一塊利用利用氧氣一乙炔火焰對(duì)工作表面進(jìn)行加熱到300°C，利用火焰保溫30min后在空冷自然冷卻熱處理；另外一塊不進(jìn)行任何熱處理。然后，將兩塊試樣在實(shí)驗(yàn)室條件下同時(shí)進(jìn)行對(duì)比滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)，測(cè)試它們的疲勞性能。經(jīng)過(guò)以上表面短時(shí)熱處理的高錳鋼轍叉翼軌的疲勞壽命可以得到大幅度提高，與沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理的高錳鋼轍叉翼軌試樣的疲勞壽命相比提高35%。
權(quán)利要求
1.一種提高鐵路轍叉壽命的在線熱處理方法，其特征在于用氧氣-乙炔火焰對(duì)在線路上服役的高錳鋼轍叉或者貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌工作表面局部進(jìn)行加熱到300 400°C，利用火焰保溫10 30min后空冷。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種提高鐵路轍叉壽命的在線熱處理方法，其特征是，對(duì)在線路上服役的高錳鋼轍叉或者貝氏體鋼轍叉心軌和翼軌工作表面進(jìn)行熱處理的區(qū)域只是心軌寬20 60mm段、翼軌上與心軌跨越區(qū)域500mm范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利I或2所述的一種提高鐵路轍叉壽命的在線熱處理方法，其特征在于當(dāng)轍叉的服役時(shí)間達(dá)到其總壽命的70 - 80%時(shí)，進(jìn)行上述熱處理。
全文摘要
一種提高鐵路轍叉使用壽命的在線熱處理方法，其主要是用常規(guī)的氧氣-乙炔火焰對(duì)在線路上服役的高錳鋼轍叉或者貝氏體鋼轍叉工作表面加熱到300～400℃，保溫10～30min后空冷，使已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重塑性變形和產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變的高錳鋼和貝氏體鋼組織發(fā)生回復(fù)和重構(gòu)。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、可以使鐵路轍叉鋼的抗?jié)L動(dòng)接觸疲勞的壽命提高30%以上。
文檔編號(hào)E01B31/18GK102877384SQ201210341698
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者張福成, 呂博, 王艷輝, 康杰, 鄭春雷 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)