[发明专利]一种用于U71Mn钢轨道的激光合金化表面强化方法

说明书

本发明公开了一种用于U71Mn钢轨道的激光合金化表面强化方法，包括以下步骤：(1)使用清洗剂去除轨道待强化工作面的油污；(2)将合金粉末预置在待强化的轨道工作面上；(3)自然风干预置粉层；(4)选用高功率工业激光器对预置粉层进行扫描；扫描方式为单道直线扫描，两个相邻单道之间平行间隔设置；强化面积占比40～80％；(5)强化后根据工作面光洁度要求，进行相应机械加工。本发明可以在U71Mn钢轨道工作面获得由预置粉层形成的激光合金化层和在轨道基材上形成的激光淬硬层组成的复合结构强化层，大幅提高工作面耐磨损冲击性能。

技术领域

本发明涉及激光表面强化方法，尤其涉及一种U71Mn钢轨道的激光合金化表面强化方法。

背景技术

轨道的工作面需要承受所承载车轮的往复摩擦，发生过度磨损后即会造成轨道报废。因此，提高工作面抵抗摩擦磨损的能力对于提升轨道整体寿命具有重要意义。

U71Mn钢是一种常见的铁路用热轧钢轨钢，同时在起重机轨道、机库大门导轨等工作场合也有大量的应用。以铁路钢轨的制造为例，其典型的制造工艺为连铸连轧，通常以热轧状态交货，硬度大于HRC28.0；必要时可以对轨端进行热处理，常见热处理工艺为欠速淬火工艺，但处理后轨端的表面硬度仅能达到HRC32.5～42.0。

除了常规的热处理工艺外，激光表面强化技术已逐步应用于U71Mn轨道的强化。但激光淬火、熔凝等工艺是利用激光束将轨道工作面加热到相变点之上或熔点之上，依靠U71Mn钢的自淬火实现强化，其核心机理为马氏体相变，强化效果有限；激光熔覆是利用激光束将外加合金粉末或丝材熔化的同时使轨道工作面微熔，凝固后形成与工作面冶金结合的熔覆层，通过调整外加合金成分可以使熔覆层获得优异的耐摩擦磨损性能，但熔覆层本身产生的应力大，且外形类似堆焊，必须进行全面积的激光熔覆才能后续加工出完整平面，因此熔覆后轨道会发生较大的变形。

激光合金化技术是在使用激光束熔化金属表层形成熔池的同时，加入合金元素作为溶质，使合金元素与基材成分在熔池中发生物理化学冶金反应，熔池凝固后即在金属表面制备出一层成分、组织、性能均不同于基材的强化层。与激光淬火、熔凝等工艺相比，激光合金化工艺可以使轨道获得更好的抵抗摩擦磨损的能力；与激光熔覆工艺相比，激光合金化工艺产生的应力小，且制备的强化层表面平整，可以进行局部精确强化。

发明内容

本发明的目的是提供一种在降低轨道工作面磨损的同时能够保持其整体韧性的用于U71Mn钢轨道的激光合金化表面强化方法。

为实现本发明的目的采用的技术方案是：

一种用于U71Mn钢轨道的激光合金化表面强化方法，包括以下步骤：

(1)使用清洗剂去除轨道待强化工作面的油污；

(2)将合金粉末预置在待强化的轨道工作面上且覆盖整个待强化工作面，预置粉层的厚度为0.1～0.6mm；所述的合金粉末包含C、Si、B粉末以及Ti、Zr、Nb或者V中的至少一种单质的粉末；

(3)自然风干预置粉层；

(4)选用高功率工业激光器对预置粉层进行扫描，在轨道工作面形成表面强化层；扫描参数为：激光功率P＝2000～8000W，扫描速度V＝100～500mm/min；扫描方式为单道直线扫描，两个相邻单道之间平行间隔设置；强化面积占比γ在40～80％之间，所述的γ＝D/(D+A)，其中D为激光单道扫描的宽度，A为两个相邻单道之间的间距；

(5)激光合金化强化完成后，根据工作面的光洁度要求，进行相应的机械加工。