CN108296337B - e型弹条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种e型弹条及其制备方法，e型弹条包括顺次连接的前拱部、后拱部和中肢部，中肢部中靠近后拱部的内侧面向内凹陷形成有凹型槽；解决了传统的e型弹条的中肢与铁垫板组装时的接触位置容易发生断裂，导致e型弹条寿命较短的问题。

Description

e型弹条及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢轨扣件领域，具体地，涉及一种e型弹条及其制备方法。
背景技术
弹条是高速铁路钢轨扣件的重要零部件之一，它主要通过弯曲和扭曲变形产生扣压力作用于轨道，保证钢轨不产生纵横向位移，确保轨距正常，从而保证列车行驶安全。然而，我国铁路系统所处地理环境复杂且恶劣，又伴随着长期的机械震动、磨损，往往在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂，很大程度地影响弹条的使用寿命，造成了极大的安全隐患。经实际调查，地铁线路存在弹条频繁断裂的现象，且断裂位置大部分为弹条中肢与铁垫板组装时的接触位置，而非理论上的最大受力位置。引起该现象的主要原因就是弹条在安装完成后的使用过程中，车辆经过时产生的振动使得铁垫板与弹条中肢接触位置来回产生尖锐摩擦，经一定时间后形成表面缺陷，造成应力集中，从而引发断裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种e型弹条及其制备方法，解决了传统的e型弹条的中肢与铁垫板组装时的接触位置容易发生断裂，导致e型弹条寿命较短的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种e型弹条，e型弹条包括顺次连接的前拱部、后拱部和中肢部，中肢部中靠近后拱部的内侧面向内凹陷形成有凹型槽。
本发明还提供了一种如上述的e型弹条的制备方法，制备方法包括：
1)将弹簧钢材料经第一冲压成型得到具有前拱部、后拱部和中肢部的e型弹条坯体；
2)将e型弹条坯体进行第二冲压成型使得e型弹条坯体的中肢部的内侧面形成有凹型槽，热处理后得到中肢部中靠近后拱部的内侧面向内凹陷形成有凹型槽的e型弹条。
通过上述技术方案，本发明提供了一种e型弹条及其制备方法，其中，制备方法包括：将弹簧钢材料经第一冲压成型得到弹条坯体；将弹条坯体进行第二冲压成型，使得弹条坯体的中肢部的内侧面形成有凹型槽，热处理后得到e型弹条；制得的e型弹条的中肢部中靠近后拱部的内侧面向内凹陷形成有凹型槽，该凹型槽能够有效避免中肢和铁垫板之间的摩擦，使得e型弹条的应力集中点从中肢和后拱部交接处转移至中肢的表面，从而提高e型弹条的抗疲劳性能、减小其断裂几率，保证弹条使用寿命。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的e型弹条A1的结构图；
图2是图1中A部分的放大图；
图3是e型弹条A1的中肢段表面的第一处脱碳层图谱；
图4是e型弹条A1的中肢段表面的第二处脱碳层图谱；
图5是e型弹条A1的中肢段表面的第三处脱碳层图谱；
图6是e型弹条A1的中肢段表面的第四处脱碳层图谱；
图7是e型弹条A1的中肢段表面的第五处脱碳层图谱；
图8是e型弹条A1的中肢段表面的金相组织图谱；
图9是e型弹条的制备方法中第一冲压成型的中肢成型的流程图；
图10是e型弹条的制备方法中第一冲压成型的e型成型的流程图；
图11是e型弹条的制备方法中第二冲压成型的流程图；
图12是测试例1中扣压力试验装置的结构图。
附图标记说明
1-前拱部 2-后拱部
3-中肢部 4-凹型槽
201-内圆弧
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如图1-图8所示，本发明提供了一种e型弹条，e型弹条包括顺次连接的前拱部1、后拱部2和中肢部3，中肢部3中靠近后拱部2的内侧面向内凹陷形成有凹型槽4。
本发明中，e型弹条的中肢部3中靠近后拱部2的内侧面向内凹陷形成有凹型槽4，该凹型槽4能够有效避免中肢部3和铁垫板之间的摩擦，使得e型弹条的应力集中点从中肢和后拱部交接处转移至中肢的表面，从而提高e型弹条的疲劳性能、减小其断裂几率，保证弹条使用寿命。从图1中可以看出，形成的凹型槽4，使得中肢部3与铁垫板的接触位置及接触方式均发生变化。而这种变化巧妙的形成了一个较大圆弧状的接触区域，避开两者间产生尖锐摩擦的条件，极大程度上保证了e型弹条的使用寿命；同时实现了自动化成产。
在本发明的一种实施方式中，为了进一步提高e型弹条的抗疲劳性能，凹型槽4和后拱部2的内圆弧201之间的距离H1为5-15mm。
在本发明的一种实施方式中，为了进一步提高e型弹条的抗疲劳性能，凹型槽4的最大深度H2为0.8-1mm(这里的H1是凹陷槽4中靠近后拱部2的最近边缘与内圆弧201中靠近凹陷槽4的最近边缘之间的距离)。
只要具备本发明前述e型弹条的结构即可实现本发明的目的，对其制备方法无特殊要求，针对本发明，为了进一步提高e型弹条的性能，优选e型弹条的制备方法包括：
1)将弹簧钢材料经第一冲压成型得到具有前拱部、后拱部和中肢部的e型弹条坯体；
2)将e型弹条坯体进行第二冲压成型使得e型弹条坯体的中肢部的内侧面形成有凹型槽，热处理后得到中肢部中靠近后拱部的内侧面向内凹陷形成有凹型槽的e型弹条。
在本发明的一种实施方式中，为了进一步提高e型弹条的抗疲劳性能，第二冲压成型的条件使得：凹型槽4和后拱部2的内圆弧201之间的距离H1为5-15mm。
在本发明的一种实施方式中，为了进一步提高e型弹条的抗疲劳性能，第二冲压成型的条件使得：凹型槽4的最大深度H2为0.8-1mm。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，优选第二冲压成型的条件包括：压力为不低于300MPa，优选为800-1000MPa，温度为700-1100℃。
在本发明的一种更优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，第二冲压成型包括依次进行的一段成型和二段成型，二段成型的压力比一段成型的压力低，优选低20-200MPa；二段成型的温度比一段成型的温度高，优选高200-400℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，第二冲压成型的一段成型的压力为900-1000MPa，一段成型的温度为700-800℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，第二冲压成型的二段成型的压力为800-880MPa，二段成型的温度为1000-1100℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，第一冲压成型的条件包括：压力不低于300MPa，优选为为800-1000MPa，温度为800-1000℃。
根据本发明的一种优选实施方式，第一冲压成型包括依次进行的中肢成型和e型成型，e型成型的压力比中肢成型的压力高，优选高50-170MPa；e型成型的温度比中肢成型的温度低，优选低30-200℃。
根据本发明的一种优选实施方式，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，第一冲压成型的中肢成型的压力为830-850MPa，中肢成型的温度为930-1000℃。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，第一冲压成型的e型成型的压力为900-1000MPa，e型成型的温度为800-900℃。这里需要说明的是，第一冲压成型的方式是将管状的坯体在冲床的作用下，经中肢成型形成如图9所示的中肢部，再经e型成型得到如图10所示的e型状坯体，最后经第二冲压成型形成如图11所示的凹型槽。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，热处理包括依次对弹条坯体进行淬火和回火，其中，淬火的温度不低于850℃，更优选地，淬火的时间为3-10min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，回火的温度为470-530℃，更优选地，回火的时间为80-100min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，制备方法还包括对e型弹条进行抛丸强化处理，抛丸强化处理的条件至少包括：选用的抛丸的平均粒径为0.8-1mm，和/或抛丸的硬度为55-60HRC，和/或抛丸强化处理的时间为20-25min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，弹簧钢材料选自55Si2Mn弹簧钢、60Si2Mn弹簧钢和60Si2MnA弹簧钢中的一种或多种。这里的弹簧钢材料是根据国家标准及铁路行业标准选取合理的原材料，选取的弹簧钢材料表面无裂纹、折叠、结疤、夹杂、分层、氧化皮、刮痕、凹面、锈蚀等缺陷。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的e型弹条的硬度和表面强度，制备方法还包括对e型弹条的表面涂覆防腐漆层，防腐漆层的厚度为0.1-0.5mm。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
将55Si2Mn弹簧钢材料经第一冲压成型(第一冲压成型包括依次进行的中肢成型和e型成型，其中，中肢成型的压力为830MPa，中肢成型的温度为930℃，e型成型的压力为900MPa，e型成型的温度为800℃)得到e型弹条坯体；将e型弹条坯体进行第二冲压成型(第二冲压成型包括依次进行的一段成型和二段成型，其中，一段成型的压力为900MPa，一段成型的温度为700℃，二段成型的压力为800MPa，二段成型的温度为1000℃)，使得e型弹条坯体的中肢部的内侧面形成有凹型槽，然后进行热处理(热处理包括依次对弹条坯体进行淬火和回火，其中，淬火的温度为850℃，淬火的时间为3min；回火的温度为470℃，回火的时间为80min)、抛丸强化处理(选用的抛丸的平均粒径为0.8mm，抛丸的硬度为55HRC，抛丸强化处理的时间为20min)，之后在其表面涂覆防腐漆层(厚度0.1mm)，得到e型弹条A1(凹型槽4和后拱部2的内圆弧201之间的距离H1为5mm，凹型槽4的最大深度H2为0.8mm，结构图见图1，图2是图1中A部分的放大图，图8是e型弹条A1的中肢段表面的金相组织图谱)。
实施例2
将60Si2Mn弹簧钢材料经第一冲压成型(第一冲压成型包括依次进行的中肢成型和e型成型，其中，中肢成型的压力为850MPa，中肢成型的温度为1000℃，e型成型的压力为1000MPa，e型成型的温度为900℃)得到e型弹条坯体；将e型弹条坯体进行第二冲压成型(第二冲压成型包括依次进行的一段成型和二段成型，其中，一段成型的压力为1000MPa，一段成型的温度为800℃，二段成型的压力为880MPa，二段成型的温度为1100℃)，使得弹条坯体的中肢部的内侧面形成有凹型槽，然后进行热处理(热处理包括依次对弹条坯体进行淬火和回火，其中，淬火的温度为880℃，淬火的时间为10min；回火的温度为530℃，回火的时间为100min)、抛丸强化处理(选用的抛丸的平均粒径为1mm，抛丸的硬度为60HRC，抛丸强化处理的时间为25min)，之后在其表面涂覆防腐漆层(厚度0.5mm)，得到e型弹条A2(凹型槽4和后拱部2的内圆弧201之间的距离H1为15mm，凹型槽4的最大深度H2为1mm，结构图与A1类似)。
实施例3
将60Si2MnA材料经第一冲压成型(第一冲压成型包括依次进行的中肢成型和e型成型，其中，中肢成型的压力为840MPa，中肢成型的温度为950℃，e型成型的压力为950MPa，e型成型的温度为850℃)得到e型弹条坯体；将e型弹条坯体进行第二冲压成型(第二冲压成型包括依次进行的一段成型和二段成型，其中，一段成型的压力为950MPa，一段成型的温度为750℃，二段成型的压力为840MPa，二段成型的温度为1050℃)，使得e型弹条坯体的中肢部的内侧面形成有凹型槽，然后进行热处理(热处理包括依次对弹条坯体进行淬火和回火，其中，淬火的温度为1000℃，淬火的时间为5min；回火的温度为500℃，回火的时间为90min)、抛丸强化处理(选用的抛丸的平均粒径为0.9mm，抛丸的硬度为58HRC，抛丸强化处理的时间为22min)，之后在其表面涂覆防腐漆层(厚度0.2mm)，得到e型弹条A3(凹型槽4和后拱部2的内圆弧201之间的距离H1为10mm，凹型槽4的最大深度H2为0.9mm，结构图与A1类似)。
实施例4
按照实施例3的方法进行，不同的是，第一冲压成型不进行分段冲压(即一次成型)，第一冲压成型的压力为900MPa，第一冲压成型的温度为900℃，得到e型弹条A4(结构图与A1类似)。
实施例5
按照实施例3的方法进行，不同的是，第二冲压成型不进行分段冲压(即一次成型)，第二冲压成型的压力为900MPa，第二冲压成型的温度为900℃，得到e型弹条A5(结构图与A1类似)。
实施例6
按照实施例3的方法进行，不同的是，第一冲压成型和第二冲压成型都不进行分段冲压，第一冲压成型的压力为900MPa，第一冲压成型的温度为900℃，第二冲压成型的压力为900MPa，第二冲压成型的温度为900℃，得到e型弹条A6(结构图与A1类似)。
实施例7
按照实施例3的方法进行，不同的是，第一冲压成型中中肢成型的压力为950MPa，第一冲压成型中中肢成型的温度为850℃，第一冲压成型中e型成型的压力为840MPa，第一冲压成型中e型成型的温度为950℃；
第二冲压成型中一段成型的压力为840MPa，第二冲压成型中一段成型的温度为1050℃，第二冲压成型中二段成型的压力为950MPa，第二冲压成型中二段成型的温度为750℃，得到e型弹条A7(结构图与A1类似)。
对比例1
按照实施例3的方法进行，不同的是，不进行第二次冲压成型(即e型弹条的中肢表面不形成凹陷槽)，得到e型弹条D1。
测试例1
取制得的e型弹条A1五根，按照GB/T 230.1标准对每根制得的e型弹条的中肢的分别进行硬度值测定，在中肢断面圆心至1/2半径范围内取四处测试点(截取长度为20-30mm)，读数精度为0.1HRC，取平均值，结果见表1。
取制得的e型弹条A1五根，按照GB/T 224标准对每根e型弹条的中肢进行金相法测定(每根的测量点为5处，截取长度为20-30mm)，测定其表面脱碳层厚度，取小数点后三位，取平均值，结果见表2；图3是e型弹条A1的中肢段表面的第一处脱碳层图谱；图4是e型弹条A1的中肢段表面的第二处脱碳层图谱；图5是e型弹条A1的中肢段表面的第三处脱碳层图谱；图6是e型弹条A1的中肢段表面的第四处脱碳层图谱；图7是e型弹条A1的中肢段表面的第五处脱碳层图谱。
取制得的e型弹条A1五根，利用扣压力试验装置(如图12所示)，测定每根e型弹条的扣压力(测试步骤为：将e型弹条放入试验装置的支架中，使e型弹条后拱部2的小圆弧内侧与胎具端部相距8mm～10mm。楔入支撑块，并将加载块放在e型弹条的趾端上，将支架连同e型弹条放置在试验机上，以0.5kN/s～1kN/s速度加载，使e型弹条的趾端向下产生垂直位移，当垂直位移为10.5mm时，试验机显示的载荷为弹条的扣压力)，结果见表3。
测试例2
按照测试例1的方法测试A2-A7及D1的硬度值、表面脱碳层厚度和扣压力，记录的平均值见表4。
测试例3
取e型弹条A1-A7及D1各500根，在振幅下进行疲劳试验，结果见表5。
表1
表2
表3
表4
表5
从表1和表4可以看出，在本发明范围内制得的e型弹簧条的硬度满足相关铁道行业标准要求，具有很高的工业应用价值。
从表3和表4可以看出，在本发明范围内形成有凹型槽的e型弹簧条的扣压力满足相关铁道行业标准要求，具有很高的工业应用价值。
从表2、表4以及图2-图7可以看出，本发明范围内制得的e型弹簧条的脱碳层较低，说明其表面强度较高，具有很高的工业应用价值。
从表5中可以看出，在本发明范围内制得的e型弹簧条A1-A7具备优良的抗疲劳性能，且经试验后残变量较低，而在本发明范围外制得的e型弹簧条D1抗疲劳性能较低，部分e型弹簧条D1发生折断现象。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (15)

1.一种e型弹条，e型弹条包括顺次连接的前拱部(1)、后拱部(2)和中肢部(3)，其特征在于，中肢部(3)中靠近后拱部(2)的内侧面向内凹陷形成有凹型槽(4)，其中
凹型槽(4)和后拱部(2)的内圆弧(201)之间的距离H1为5-15mm；和/或
凹型槽(4)的最大深度H2为0.8-1mm；
e型弹条还包括表面防腐漆层，防腐漆层的厚度为0.1-0.5mm。
2.一种如权利要求1的e型弹条的制备方法，其特征在于，制备方法包括：
1)将弹簧钢材料经第一冲压成型得到具有前拱部(1)、后拱部(2)和中肢部(3)的e型弹条坯体；
2)将e型弹条坯体进行第二冲压成型使得e型弹条坯体的中肢部(3)的内侧面形成有凹型槽(4)，热处理后得到中肢部(3)中靠近后拱部(2)的内侧面向内凹陷形成有凹型槽(4)的e型弹条。
3.根据权利要求2的制备方法，其中，第二冲压成型的条件使得：
凹型槽(4)和后拱部(2)的内圆弧(201)之间的距离H1为5-15mm；和/或
凹型槽(4)的最大深度H2为0.8-1mm。
4.根据权利要求2的制备方法，其中，第二冲压成型的条件包括：压力为不低于300MPa。
5.根据权利要求4的制备方法，其中，压力为800-1000MPa，温度为700-1100℃。
6.根据权利要求5的制备方法，其中，第二冲压成型包括依次进行的一段成型和二段成型，二段成型的压力比一段成型的压力低20-200MPa；二段成型的温度比一段成型的温度高200-400℃。
7.根据权利要求6的制备方法，其中，第二冲压成型的一段成型的压力为900-1000MPa，一段成型的温度为700-800℃；和/或
第二冲压成型的二段成型的压力为800-880MPa，二段成型的温度为1000-1100℃。
8.根据权利要求2的制备方法，其中，第一冲压成型的条件包括：压力不低于300MPa。
9.根据权利要求8的制备方法，其中，压力为800-1000MPa，温度为800-1000℃。
10.根据权利要求9的制备方法，其中，第一冲压成型包括依次进行的中肢成型和e型成型，e型成型的压力比中肢成型的压力高50-170MPa；e型成型的温度比中肢成型的温度低30-200℃。
11.根据权利要求10的制备方法，其中，第一冲压成型的中肢成型的压力为830-850MPa，中肢成型的温度为930-1000℃；
第一冲压成型的e型成型的压力为900-1000MPa，e型成型的温度为800-900℃。
12.根据权利要求2的制备方法，其中，热处理包括依次对e型弹条坯体进行淬火和回火，其中，
淬火的温度不低于850℃，淬火的时间为3-10min；和/或
回火的温度为470-530℃，回火的时间为80-100min。
13.根据权利要求2的制备方法，其中，制备方法还包括对e型弹条进行抛丸强化处理，抛丸强化处理的条件至少包括：选用的抛丸的平均粒径为0.8-1mm，抛丸的硬度为55-60HRC，抛丸强化处理的时间为20-25min。
14.根据权利要求2的制备方法，其中，弹簧钢材料选自55Si2Mn弹簧钢、60Si2Mn弹簧钢和60Si2MnA弹簧钢中的一种或多种。
15.根据权利要求2的制备方法，其中，制备方法还包括对e型弹条的表面涂覆防腐漆层，防腐漆层的厚度为0.1-0.5mm。
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