[发明专利]一种对铸造高锰钢辙叉进行局部形变热处理方法

说明书

一种对铸造高锰钢辙叉进行局部形变热处理方法，其主要是先铸造出高锰钢辙叉心轨宽20mm到宽60mm段，以及翼轨与心轨跨越段长1000mm区域表面高出辙叉其它区域工作面15‑35mm的高锰钢辙叉；将这种高锰钢辙叉加热到1050‑1100℃，保温3‑5h；然后将高锰钢辙叉心轨和翼轨铸造高出区域进行压下量为15‑35mm的局部热变形，使整体辙叉工作表面处于同一平面，再将其加热到1050‑1100℃，保温10‑60min后直接水淬处理，获得单相奥氏体混晶组织。本发明工艺简单、成本低廉、能够大幅度提高高锰钢辙叉使用寿命，经形变热处理后高锰钢辙叉表层的屈服强度提高10％以上、抗拉强度提高20％以上、延伸率提高20％以上、韧性提高30％以上，疲劳寿命提高1倍以上。

技术领域

本发明属于材料科学与工程技术领域，特别涉及一种辙叉的制备方法。

技术背景

ZGMn13奥氏体高锰钢是英国工程师Hadfield于1882年9月发明的，其大不列颠专利号No.200，它的第一个用途就是于1894年用于制作电车轨道的辙叉，并铺设于美国纽约布鲁克林大西洋街的铁路上。从此，120多年来世界上几乎所有的铁路辙叉都是由这种材料制作。最初Hadfield公布的ZGMn13的化学成分(wt％)是：C 1.35％、Si 0.69％、Mn12.76％。目前，公认的ZGMn13钢的化学成分(wt％)范围为C 1.0～1.4、Mn 11～14，其余为铁和少量杂质，如Si、S、P等。目前，我国生产的整体ZGMn13钢辙叉的平均使用寿命(过载量)为1.2亿吨，美国及欧洲一些发达国家生产的ZGMn13钢辙叉的平均使用寿命可达2亿吨以上。随着社会发展和铁路运输速度的提高，人们对铁路辙叉使用寿命提出更高的要求。因此，人们从进一步提高原ZGMn13钢辙叉从再合金化、铸造工艺、热处理工艺等方面展开了广泛的研究，但提高铸造高锰钢辙叉使用寿命的效果一直不明显。

奥氏体高碳高锰钢锻造工艺性能十分差、机械加工困难是众所周知的事实，因此，一直以来耐磨奥氏体锰钢件都是铸造状态使用，无法获得锻态高锰钢耐磨件，这不利于高锰钢耐磨性能的进一步挖掘，在一定程度上影响了高锰钢的使用。这方面人们曾经做了大量的研究工作和生产实践。有文献报道最早是Grigorkin等对锰含量高于传统高锰钢和碳含量低于传统高锰钢的不同成分系列奥氏体锰钢进行锻造试验，发现碳含量较低的奥氏体锰钢具有较好的可锻性能。我国研究工作者也成功的在实际生产中获得锻造高锰钢，但其碳含量比传统的高锰钢低，同时锻造工艺十分复杂，在实际工业生产中实现难度较大。然而，对于传统高锰钢来讲，碳含量降低会降低它的加工硬化能力和抗磨损使用性能。因此，为保证锻造高锰钢具有更加满意的耐磨使用性能，应当锻造制备碳和锰含量与传统高锰钢成分相当的奥氏体高锰钢。1981年波兰的Stanislaw Krol对传统耐磨奥氏体锰钢小试件进行热加工，得到力学性能十分优异的锻态高锰钢(抗拉强度提高20％、屈服强度提高100％、冲击韧度提高15％)。另外，其他学者也在这方面进行了试验研究工作，并且发现高锰钢经过热轧后，沿轧制方向碳化物奥氏体沿晶界大量析出，造成宏观条状组织，晶粒细化也不明显。可以说，这些试验都是停留在实验室的小试样，而且没有获得稳定成熟的高锰钢锻造工艺技术。