[发明专利]高锰钢辙叉的激光熔覆层及其制备方法和高锰钢辙叉

说明书

本发明公开的高锰钢辙叉的激光熔覆层，由431‑Co‑40粉末熔覆至高锰钢辙叉的轨顶面制成，所述激光熔覆层的单层熔覆厚度为0.5~1.0mm，所述激光熔覆层的厚度为5~7mm。该激光熔覆层能与高锰钢辙叉基体紧密结合，具有较强的硬度和耐磨性，能承受火车车轮的冲击载荷的需求。同时公开高锰钢辙叉的激光熔覆层的制备方法，使用上述激光熔覆层对高锰钢辙叉进行表面改性，其方法易于操作，适用于工业生产与推广，熔覆后的产品稳定性强，从而阶跃性提升超高速熔覆技术的市场可适性，可有效解决传统经固溶强化处理刚高锰钢辙叉，在刚上线时，因硬度较低，在列车的高载荷冲击下易出现磨损，使用寿命短的问题。

技术领域

本发明属于激光表面改性技术领域，具体地，涉及一种高锰钢辙叉的激光熔覆层及其制备方法和高锰钢辙叉。

背景技术

高锰钢辙叉是指使火车车轮由一股钢轨越过另一股钢轨的设备，在工作过程中承受较大的冲击载荷。为提高其使用寿命，现有高锰钢辙叉采用固溶强化方式来提高其韧性及耐磨性。高锰钢固溶强化后硬度约为HB180～225，在高载荷冲击下硬度达到HB500～800。高锰钢辙叉经固溶强化处理上线后，随着列车的高载荷冲击，硬度提高，耐磨性及韧性增加。但在刚上线时，因硬度较低，在列车的高载荷冲击下易出现磨损，缩短辙叉的使用周期。

激光熔覆是利用高能量密度的激光束，将粉末材料熔覆在零件的表面，以获得优良力学性能涂层的一种激光表面改性技术。激光束将粉末熔化后形成的液态合金由于基体材料的迅速导热而产生极高的冷却速度而快速凝固结晶，不但产生牢固、良好的冶金结合，而且还获得细小均匀的显微组织(即涂层微观组织优良)，因此可获得具有非常优异力学性能和耐磨、耐蚀性能的表面涂层。

针对高锰钢材料的激光表面改性问题，《激光与红外》第48卷第9期，南昌大学机电工程学院公开了对Mn13Cr2表面激光熔覆Ni60A+WC钨涂层的研究，制备高硬度、耐磨性良好的涂层，提高Mn13Cr2材料的使用寿命。但因激光熔覆Ni60A+WC涂层易产生龟裂，加工过程中需采用特殊工艺来避免裂纹产生，较难实现工程化应用。且涂层脆性较大，在高载荷冲击过程中易产生剥落。不适用与批量生产和普遍推广。

经检索，暂未发现公开适应于工业生产的高锰钢材料表面耐磨性和硬度的激光表面改性方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种高锰钢辙叉的激光熔覆层，该激光熔覆层能与高锰钢辙叉基体紧密结合，具有较强的硬度和耐磨性，能承受火车车轮的冲击载荷的需求。

本发明的另一目的在于，公开一种高锰钢辙叉的激光熔覆层的制备方法，使用上述激光熔覆层对高锰钢辙叉进行表面改性，其方法易于操作，适用于工业生产与推广，从而阶跃性提升超高速熔覆技术的市场可适性，熔覆后的产品稳定性强，可有效解决传统经固溶强化处理刚高锰钢辙叉，在刚上线时，因硬度较低，在列车的高载荷冲击下易出现磨损，使用寿命短的问题。

另外，本发明还提供了使用上述制备方法得到的高锰钢辙叉产品。

本发明目的通过以下技术方案实现：

公开的高锰钢辙叉的激光熔覆层，所述激光熔覆层由431-Co-40粉末熔覆至高锰钢辙叉的轨顶面制成，所述激光熔覆层的单层熔覆厚度为0.5～1.0mm，所述激光熔覆层的厚度为5～7mm。

进一步地，所述高锰钢辙叉的材料为ZGMn13，所述ZGMn13具体为：w(C)＝0.9％～1.2％，w(Mn)＝11％～14％，w(Si)＝0.3％～0.8％，w(P)≤0.7％，w(S)≤0.05％，w(Fe)为余量。

进一步地，所述431-Co-40粉末具体为：w(C)＝0.2％，w(Si)＝0.75％，w(Cr)＝16％，w(Ni)＝1.8％，w(Mn)＜1.0％，w(Fe)为余量。