[发明专利]一种提高铁路辙叉寿命的在线热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料热加工技术领域，特别涉及一种铁路辙叉的热处理方法。

背景技术

高锰钢由于其优异的加工硬化性能、较高的强度和韧度，从19世纪末开始，就一直用于制造铁路线路中的关键部件－辙叉。目前，我国制造的普通高锰钢辙叉的平均使用寿命（以过载量计）为1.4～1.5亿吨，美国和欧洲等国家制造的普通高锰钢辙叉的使用寿命达到2亿吨以上。随着铁路运输速度的提高，要求进一步提高辙叉的使用寿命和安全性能。贝氏体钢因其具有高的强度、适当的韧度和硬度使其表现出优良的抗接触疲劳和耐磨性能，尤其是它具有优异的焊接工艺性能，使它成为制作新型高速、尤其重载铁路用辙叉的理想材料。在使用过程中，无论是高锰钢辙叉还是贝氏体钢辙叉，它们的最终失效形式主要是心轨宽20~50mm以及翼轨上与心轨的过渡段的滚动接触疲劳和剥落。高锰钢辙叉和贝氏体钢辙叉的滚动接触疲劳破坏机理不完全相同，高锰钢辙叉疲劳失效是，因为经历车轮的反复碾压，累计严重塑性变形，然后在其亚表层产生疲劳裂纹，继而裂纹扩展，造成疲劳剥落。贝氏体钢辙叉疲劳失效是，由于受到车轮的反复碾压，使其表面产生严重塑性变形，因变形使贝氏体钢辙叉中的残余奥氏体发生应变诱发马氏体相变，从而使辙叉表层硬度提高、同时韧性强烈降低，脆性增加。因此，一旦贝氏体钢辙叉内部产生疲劳裂纹，裂纹就会迅速扩展，导致疲劳剥落。但两者产生疲劳的原因都是由于严重变形导致材料内部组织演变，进而材料性能蜕变，最后造成疲劳破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、效果明显的提高铁路辙叉寿命的在线热处理方法。本发明主要是用常规的氧气-乙炔加热方法，对在线路上服役的高锰钢辙叉或者贝氏体钢辙叉心轨和翼轨工作表面局部区域进行热处理的方法。

本发明的技术方案如下：

对在线路上服役的高锰钢辙叉或者贝氏体钢辙叉心轨和翼轨工作表面进行热处理的区域只是心轨宽20～60mm段、翼轨上与心轨跨越区域500mm范围内，用氧气－乙炔火焰对工作表面加热到300～400℃，利用火焰保温10～30min后空冷，心轨和翼轨的内层温度自然梯度下降。需要进行这种热处理的铁路辙叉是服役时间达到其总寿命的70～80%的辙叉。

本发明的优点是：

1、工艺简单、操作方便、成本低廉。

2、在辙叉表层还没有产生疲劳裂纹前，通过热处理，使材料因严重塑性变形造成的演变的组织得以回复和重构，从而，使其已经产生蜕变的性能得到一定程度的恢复，可以使铁路辙叉钢的抗滚动接触疲劳的寿命提高30%以上。

附图说明

图1是本发明的服役辙叉需要热处理的区域示意图。

具体实施例

实施例1 

    如图1所示，从在线路上已经经过80%使用寿命的高锰钢辙叉心轨1宽30mm处位置2，切取两块滚动接触疲劳试验用试样。将其中的一块利用氧气－乙炔火焰对工作表面进行加热到350℃，利用火焰保温15min后在空冷自然冷却热处理；另外一块不进行任何热处理。然后，将两块试样在实验室条件下同时进行对比滚动接触疲劳试验，测试它们的疲劳性能。经过以上表面短时热处理的高锰钢辙叉心轨的疲劳寿命可以得到大幅度提高，与没有经过任何处理的高锰钢辙叉心轨试样的疲劳寿命相比提高33%。

实施例2

    从在线路上已经经过70%使用寿命的贝氏体钢辙叉心轨宽50mm处位置，切取两块滚动接触疲劳试验用试样。将其中的一块利用氧气－乙炔火焰对工作表面进行加热到400℃，利用火焰保温10min后在空冷自然冷却热处理；另外一块不进行任何热处理。然后，将两块试样在实验室条件下同时进行对比滚动接触疲劳试验，测试它们的疲劳性能。经过以上表面短时热处理的贝氏体钢辙叉心轨的疲劳寿命可以得到大幅度提高，与没有经过任何处理的贝氏体钢辙叉心轨试样的疲劳寿命相比提高31%。

实施例3

如图1所示，从在线路上已经经过75%使用寿命的高锰钢辙叉翼轨4上与心轨跨越区域3内切取两块滚动接触疲劳试验用试样。将其中的一块利用利用氧气－乙炔火焰对工作表面进行加热到300℃，利用火焰保温30min后在空冷自然冷却热处理；另外一块不进行任何热处理。然后，将两块试样在实验室条件下同时进行对比滚动接触疲劳试验，测试它们的疲劳性能。经过以上表面短时热处理的高锰钢辙叉翼轨的疲劳寿命可以得到大幅度提高，与没有经过任何处理的高锰钢辙叉翼轨试样的疲劳寿命相比提高35%。