CN101109031B - 铁路道岔激光合金化强化工艺 - Google Patents
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Abstract
铁路道岔激光合金化强化工艺，包括(1)用汽油或酒精去油、去污溶剂去除道岔表面油污和锈，然后用砂纸打磨进一步去除，便于均匀喷涂涂层；(2)然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合均匀的涂层粉末均匀地涂在道岔表面，预涂厚度为0.01～0.05mm；(3)风干涂层；(4)用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长×宽＝10mm×1mm；(5)用DL-HL-10000型CO2激光器快速扫描涂有涂层的道岔表面，使道岔表面实现快速加热和冷却；本发明具有能量作用集中，热影响区小，合金化层组织细小，结构致密，气孔率低而且容易实现自动化生产线，没有化学污染、无辐射等优点。
Description
技术领域
本发明属于激光合金化技术领域，特别涉及一种铁路道岔激光合金化强化工艺。
背景技术
进入21世纪，铁路工业的发展对钢轨、道岔材料的性能提出了更高的要求。铁路部门正在加大力度进行铁路基础设施改造和建设，铁路提速就是重点基础项目之一。道岔是轨道结构的重要组成部分，也是轨道结构的薄弱环节之一，其加工质量决定着铁路运输系统的安全。机车车辆从一条线路进入或穿越另一条线路均依靠道岔来实现，其技术性能、质量，已成为强化轨道结构、提高列车行车速度以及保证运输安全关键性的限制因素。改善道岔性能，提高道岔的使用寿命，降低其产品质量的离散性等，不仅是我国，同时也是世界铁路运输行业有待解决的问题。
我国铁路现在使用的道岔材料主要是奥氏体高锰钢和高强度贝氏体钢。正在广泛使用的高锰钢的特点是高的冲击韧性和较低的屈服强度。但是奥氏体高锰钢并不具有足够的强度，奥氏体锰钢道岔需要频繁焊补以恢复变形引起的高度损伤并修补疲劳裂纹。高锰钢优异的耐磨性是建立在加工硬化基础上，需要在高应力下才能充分加工硬化，一般采用爆炸预硬化，该硬化层厚度只有几个毫米，过车时磨损很快；而且寒冷条件下使用的高锰钢常出现脆断现象；而在高温或湿磨条件下，又面临腐蚀磨损。正在试验的贝氏体钢的的特点是高的屈服强度和较低的冲击韧性。贝氏体钢的耐磨性很高，但冲击韧性不令人满意，易发生脆断现象。为克服这些钢种的弱点，国内外很多学者对于改进道岔材质方面进行了很多研究，并取得许多有益进展。对于高锰钢过车前预处理道岔方面，美国采用表面爆炸预硬化处理道岔材料，处理后道岔硬化不均匀，并且由于采用炸药爆炸，有欠安全性。但是对于高锰钢道岔材料进行过车前激光合金化强化的研究还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供铁路道岔激光合金化强化工艺。
其工艺过程如下：
(1)用汽油或酒精去除道岔表面油污和锈，然后用砂纸打磨进一步去除，以便于均匀喷涂涂层。
(2)用喷枪或刷子将与粘接剂混合均匀的涂层粉末均匀地涂在道岔表面，预涂厚度为0.01～0.05mm。
(3)风干涂层。
(4)用DL-HL-10000型CO2激光器快速扫描涂有涂层的道岔表面，使道岔表面实现快速加热和冷却。
具体工艺参数如下：
激光功率为3～10kW
用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长×宽＝10mm×1mm
涂层粉末为Ni-Cr+(50wt％～80wt％)Cr3C2，颗粒尺度为800～1000目涂料与粘接剂的配比为：80～100g(Ni-Cr+(50wt％～80wt％)Cr3C2)+500～600ml酒精+15ml漆片。
搭接宽度为0～1mm
扫描速度为100～2000mm/min
本发明在于利用高功率CO2激光器通过选取合适的涂层粉末和优化的激光合金化工艺参数，实现合金化层和道岔基体的良好的冶金结合。激光合金化是用激光将合金化粉末和基材一起熔化后迅速凝固，在表面获得合金层。它可以在廉价基材表面获得与基材本身差别很大的具有良好表面性能的新合金层。从而增加工件的使用寿命并降低材料损耗。预置在道岔表面的涂料在高温作用下发生迅速溶解和分解，并均匀地分布在熔化层中，在超快速凝固过程中起到固溶强化和弥散强化的作用。获得的改性层为以奥氏体为基，其上均匀分布碳化物的双相结构，从而增加合金化层硬度，有效抑制表层的快速磨损。本发明由于采用宽带光束模式不仅可以增加单道扫描合金化层的宽度，而且激光束斑快速局部摆动可使合金化层表面温度的最高点快速变化，导致合金化层中央区域的温度梯度下降，合金化层组织和性能得到很好的改善。本发明还具有能量作用集中，热影响区小，合金化层组织细小，结构致密，气孔率低而且容易实现自动化生产线，没有化学污染、无辐射等优点。
用该方法对高锰钢道岔进行合金化处理后，可得到厚度为0.3～1mm，硬度为800～1200HV的合金化层。山海关桥梁厂和陕西宝鸡桥梁厂都成功利用该方法强化道岔，降低了可观成本，带来较大经济效益。
具体实施方式
实施例一
用汽油去油、去污溶剂去除道岔表面油污和锈，然后用砂纸打磨进一步去除；然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合均匀的涂层粉末均匀地涂在道岔表面，预涂厚度为0.01mm；风干涂层；用DL-HL-10000型CO2激光器快速扫描涂有涂层的道岔表面，使道岔表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下：激光功率P＝3.5kW，带宽尺寸为长×宽＝10mm×1mm，搭接宽度为0.2mm，扫描速度V＝200mm/min。
实施例二
用汽油去油、去污溶剂去除道岔表面油污和锈，然后用砂纸打磨进一步去除；然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合均匀的涂层粉末均匀地涂在道岔表面，预涂厚度为0.02mm；风干涂层；用DL-HL-10000型CO2激光器快速扫描涂有涂层的道岔表面，使道岔表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下：激光功率P＝5kW，带宽尺寸为长×宽＝10mm×1mm，搭接宽度为0.3mm，扫描速度V＝400mm/min。
实施例三
用酒精去油、去污溶剂去除道岔表面油污和锈，然后用砂纸打磨进一步去除；然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合均匀的涂层粉末均匀地涂在道岔表面，预涂厚度为0.04mm；风干涂层；用DL-HL-10000型CO2激光器快速扫描涂有涂层的道岔表面，使道岔表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下：激光功率P＝6kW，带宽尺寸为长×宽＝10mm×1mm，搭接宽度为0.7mm，扫描速度V＝700mm/min。
Claims (1)
1.铁路道岔激光合金化强化工艺，其特征是：
(1)用汽油或酒精去除道岔表面油污和锈，然后用砂纸打磨进一步去除，便于均匀喷涂涂层；
(2)然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合均匀的涂层粉末均匀地涂在道岔表面，预涂厚度为0.01～0.05mm；
(3)风干涂层；
(4)用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长×宽＝10mm×1mm；
(5)用DL-HL-10000型CO2激光器快速扫描涂有涂层的道岔表面，使道岔表面实现快速加热和冷却；
具体工艺参数如下：
激光功率为3～10kW
带宽尺寸为长×宽＝10mm×1mm
涂层粉末为Ni-Cr+(50wt％～80％wt)Cr3C2，颗粒尺度为800～1000目
涂料与粘接剂的配比为：80～100g(Ni-Cr+(50wt％～80wt％)Cr3C2)+500～600ml酒精+15ml漆片；
搭接宽度为0～1mm
扫描速度V＝100～2000mm/min。
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