生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的軋制/鍛造方法
【專利摘要】生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的軋制/鍛造方法，包括以下步驟：1）覆材、基材鋼板的選材、尺寸的確定及其表面處理；2）覆材和基材擬結合的平面相向地疊放在一起，并將兩者結合縫的四周外圍堆焊一層金屬材料，得到疊層雙金屬板；3）第一次軋制/鍛造成型獲得雙金屬板；4）將雙金屬板切割至其平面尺寸與臺板毛坯平面尺寸相當的臺板毛坯板；5）第二次鍛造成型，得到滑床臺板的毛坯；6）毛坯的熱處理；7）毛坯的機加工；8）臺板進行探傷、缺陷處理及試驗抽檢。本發明提供的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的軋制/鍛造方法可以顯著提高滑床臺板的耐蝕性和耐磨性，可有效解決鍍層易脫落的問題，并不會增加生產成本，且生產難度較低，生產效率較高。
【專利說明】
生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的軋制/鍛造方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種乳制/鍛造方法，特別是一種生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板(簡稱臺板)的乳制/鍛造方法。
【背景技術】
[0002]滑床臺板是承載道岔尖軌和可動心軌的部件，同時也是尖軌和可動心軌橫向滑動的平臺，因此，露天服役的滑床臺板表面的耐蝕性、耐磨性、摩擦系數直接影響到道岔運轉的穩定性以及列車運行的安全性。目前最廣泛使用的滑床臺板主要采用如下兩種方法來提高其表面的耐蝕性、耐磨性:一種是在滑床臺板表面上鍍鉻，另一種是在滑床臺板表面上堆焊一層耐磨、耐蝕金屬。
[0003]但是，滑床臺板表面鍍鉻的方法存在以下缺點:I)鉻層在尖軌和可動心軌長時間的摩擦下，會出現掉塊、起皮現象，而失去了耐腐蝕的作用;2)鉻層與基體的結合力較差，在彎曲和沖擊力作用下，鉻層容易掉塊或開裂;3)滑床臺板表面鉻層厚度一般在50μπι左右，且鉻層厚度不均勻，一般是臺板中間薄、邊緣厚，這樣就會影響尖軌和可動心軌與滑床臺板的密貼性能;4)鉻層一旦出現局部腐蝕后，腐蝕面積將迅速擴大，進而出現鍍層整片掉落的現象。
[0004]表面堆焊耐磨、耐蝕金屬的方法存在以下缺點:I)最大的缺點就是成本太高，其成本比鍍鉻滑床臺板約高30%;2)臺板表面堆焊后，因堆焊層硬度高，而使加工難度增大和加工效率降低;3)堆焊后，由于熱應力的釋放，臺板會出現彎曲變形。
[0005]因此，需要尋求一種新的生產方法來提高滑床臺板的耐蝕性、耐磨性，以及解決鍍層易脫落等問題，且其加工成本不能太高，以及生產工藝簡單高效。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是克服現有技術的上述不足而提供一種生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，它可以顯著提高滑床臺板的耐蝕性和耐磨性，可有效解決鍍層易脫落的問題，并不會增加生產成本，且生產難度較低，生產效率較高。
[0007]本發明的技術方案是:生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，包括以下步驟:
1)覆材、基材鋼板的選材、尺寸的確定及其表面處理，基材選用碳素結構鋼或低、中碳(合金)鋼，覆材選用Cr系不銹鋼或Cr-Ni系不銹鋼；
2)將覆材和基材擬結合的平面相向地疊放在一起，并將兩者結合縫的四周外圍堆焊一層金屬材料，得到疊層雙金屬板；
3)疊層雙金屬板進行第一次乳制/鍛造成型，獲得覆材和基材成冶金結合的雙金屬板；
4)雙金屬板切割至其平面尺寸與臺板毛坯平面尺寸相當的臺板毛坯板；
5)雙金屬板經第二次鍛造成型及切邊得到滑床臺板毛坯；
6)毛坯的熱處理； 7)毛坯的機加工；
8)臺板進行探傷、缺陷處理及試驗抽檢。
[0008]本發明進一步的技術方案是:步驟I)中，基材選用Q235、Q345、20、30或20Cr等碳素結構鋼或低、中碳鋼/低、中碳合金鋼，覆材選用ICr 13、2Cr 13或3Cr 13等Cr系不銹鋼或lCrl8Ni9、0Crl8Ni9或lCrl8Nil2Mo2Ti等Cr-Ni系不銹鋼，并根據臺板的整體尺寸以及覆材與基材的厚度和后續乳制/鍛造成型時乳制/鍛造比的要求，設計出覆材和基材的厚度與平面尺寸，且將覆材和基材采用火焰切割的方式切割成相同的平面尺寸，隨后將覆材和基材擬結合的平面各自進行噴丸、銑削。覆材和基材的大小可以乳制/鍛造成型出一個臺板或幾個臺板。
[0009]進一步，步驟2)中，將經噴丸或銑削的覆材和基材按擬結合的平面相向地疊放在一起，為了保證覆材和基材能在熱乳或熱鍛過程中，兩者結合面間的金屬密貼，避免因空氣進入結合層、而使結合面被氧化，對疊層雙金屬板結合縫的四周用不銹鋼焊條進行堆焊，焊腳尺寸為5?6mm，焊接時焊縫不超過覆層表面，堆焊后對覆材和基材進行標記。
[0010]進一步，步驟3)中的第一次乳制/鍛造的加熱方式可選用感應加熱、電阻爐加熱或燃氣爐加熱，始乳/始鍛溫度為1050?1200°C，保溫15?160 min。
[0011 ]進一步，步驟3)中的乳制/鍛造方式為乳制或自由鍛。
[0012]進一步，步驟3)中的乳制/鍛造的終鍛溫度800?900°C，乳制/鍛造比為1.5?3.5。
[0013]進一步，步驟3)中，對于用于一個臺板的雙金屬板，在乳制/鍛造完畢后經緩慢冷卻再進行第二加熱、鍛造成型，或者直接用于后續的第二次鍛造成型。
[0014]進一步，步驟4)中，對于用于幾個臺板的雙金屬板，在乳制/鍛造完畢后，采用鍛造熱切的方式獲得用于一個臺板的雙金屬板后，緩慢冷卻后再進行第二次加熱后或者直接用于后續的第二次鍛造成型;或者在第一次乳制/鍛造完畢，經緩慢冷卻后采用機加工切割或火焰切割的方法，獲得臺板毛坯板，用于后續的第二次加熱、鍛造成型。
[0015]進一步，步驟5)中，第二次鍛造成型在成型模具中進行:鍛造的始鍛和終鍛溫度分別不低于1050°C和800°C。加熱方式也可選用感應加熱、電阻爐加熱或燃氣爐加熱，保溫時間為10?80min。由于第二次鍛造成型模具內腔長度和寬度與滑床臺板毛坯板的長度和寬度一致，所以在二次鍛造過程，金屬流動的方向僅為滑床臺板基材高度方向的調整，避免因覆板及其鄰近基板金屬流動的不均勻性而破壞結合層的結合力以及使不銹鋼覆層減薄或局部減薄的現象發生。
[0016]進一步，步驟5)中的切邊在第二次鍛造成型后直接在熱鍛模中進彳丁熱切，或者在第二次鍛造成型后進行緩慢冷卻再在冷沖模中進行冷切。
[0017]進一步，步驟6)中，為了消除最后鍛造過程中產生的內應力以及改善組織的均勻性、穩定性和切削性能，滑床臺板毛坯在機加工前需要在熱處理爐中進行熱處理，熱處理溫度為850?1100 °C，保溫30min?80min，在空氣中冷卻或水中冷卻；或者水冷卻后再進行150?250°C，保溫2?4h的回火。
[0018]進一步，除了保證臺板圖紙尺寸外，還需保證覆層厚度達到^1.5mm，步驟7)中的機加工時先對覆層表面進行少量的機加工，直至其表面光滑平整，然后再以加工后的覆層表面作為基準面對其他面進行機加工。
[0019]進一步，步驟8)中，滑床臺板的探傷處理、缺陷處理及試驗抽檢的具體操作為:利用超聲波和滲透探傷檢測滑床臺板側面，覆層表面有無裂紋、折疊等缺陷；若檢測出缺陷，則應用油漆筆標記出來，并進行修補，修補時先用砂輪機挖磨掉缺陷部位，然后用不銹鋼焊條進行補焊，最后進行機加工返工處理.為了驗證每一批次不銹鋼雙金屬滑床臺板是否滿足要求，需要每批次抽取一塊滑床臺板進行檢驗，主要檢測不銹鋼覆層厚度、表面硬度、耐蝕性、剪切強度、抗彎曲試驗以及結合層低倍組織，覆層厚度應不低于1.5mm，優選，覆層厚度為1.5?4.0mm;覆層洛氏硬度應在30HRC?60HRC之間；經120小時中性鹽霧(NSS)試驗的保護級別不低于GB/T 6461中5級的規定;剪切強度不低于210MPa;內彎和外彎試驗應保證彎曲角度達到90°時，結合層和覆層無肉眼可見裂紋;結合層附近低倍組織不能有任何可見缺陷。
[0020]本發明與現有技術相比具有如下特點:
(1)本發明利用了不銹鋼所具有的高耐蝕、高耐磨性能等特點，其耐蝕、耐磨以及結合層強度高于滑床臺板的鍍鉻層；
(2)本發明利用熱乳/鍛成型，實現了結合面的冶金結合，結合層能夠承受彎曲變形、鉆孔、銑削等加工而不發生開裂、分層；
(3)本發明的不銹鋼覆層厚度均勻，不易脫落；
(4)本發明價格適宜，雖略高于鍍鉻滑床臺板，但遠低于堆焊滑床臺板；
(5)本發明生產效率高，不需要再做表層防銹、耐磨處理。
[0021]以下結合【具體實施方式】對本發明的詳細結構作進一步描述。
【具體實施方式】
[0022]實施例1:
本實施例的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，包括以下步驟:
I)覆材、基材鋼板的選材、尺寸的確定及其表面處理:覆材和基材分別選用2Crl3和Q235，并分別將厚度為1mm的覆材和厚度為120mm的基材均采用火焰切割的方式切割成相同的480mmX 310mm大小。隨后將覆材和基材擬結合的平面分別進行噴丸處理。
[0023]2)將覆材和基材擬結合的平面相向地疊放在一起，并將兩者結合縫的四周外圍堆焊一層金屬材料，得到疊層雙金屬板:采用熔化極氣體保護焊的方法，使用直徑為Φ 1.6mm的308L不銹鋼焊條對覆材和基材疊合在一起時的結合縫四周進行堆焊，焊腳尺寸為6mm，同時對覆材和基材進行標記，便于快速識別覆材和基材。
[0024]3)疊層雙金屬板進行第一次乳制成型:采用電阻爐加熱的方式，將疊層雙金屬板加熱到1150°C，保溫150min后，送入乳機中沿長度方向進行乳制，完畢后進行緩慢冷卻，乳制比為3.25。
[0025]4)雙金屬板切割成臺板毛坯板:乳制后的雙金屬板冷卻至室溫后，將其進行火焰切割成8塊雙金屬板，切割后雙金屬板的平面尺寸(長度X寬度)稍大于客專滑床臺板圖紙的尺寸，即 370mm X 160mm。
[0026]5)第二次鍛造成型及切邊，得到滑床臺板的毛坯:將切割好的雙金屬板毛坯采用電阻爐加熱的方式進行重新加熱，保溫50min后，在成型模具中進行第二次鍛造成型。第二次鍛造成型的始鍛和終鍛溫度分別為1150°C和850°C，再經熱鍛模熱切后，緩冷得到雙金屬復合材料道岔滑床臺板毛坯。
[0027]此外，在上述步驟3)和步驟5)的乳制和鍛造成型過程中，需用紅外線測溫儀時刻測量雙金屬板的溫度，若雙金屬板的溫度低于850°C時，則需立即停止乳制或鍛造，并放入電阻加熱爐中進行加熱、保溫，在溫度超過850 °C時，才可以進行乳制或鍛造。
[0028]6)毛坯的熱處理:滑床臺板毛坯在機加工前需要在熱處理爐中進行熱處理，熱處理溫度為950°C，保溫lh，在空氣中冷卻。
[0029]7)毛坯的機加工處理:按照時速350公里客運專線鐵路60kg/m-42號鋼軌道岔客專線(07)001-V-29-3滑床臺板的圖紙對其毛坯進行機械加工，先對覆材表面進行銑削加工平整后，再以覆層加工后的表面作為基準面對其他面進行加工。
[0030]8)臺板進行探傷、缺陷處理及試驗抽檢:將對機加工后的滑床臺板依次進行探傷處理、缺陷處理及試驗抽檢過程。
[0031]利用超聲波和滲透探傷檢測滑床臺板側面，覆層表面有無裂紋、折疊等缺陷，若檢測出缺陷應用油漆筆標記出來，并進行修補。
[0032]實施例2:
與實施例1相比，本實施例的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，存在以下不同:
步驟I)中，覆材和基材分別選用ICr 18Ni9和20鋼，并分別將厚度為6mm的覆材和厚度為80mm的基材均采用火焰切割的方式切割成300mm X 135mm大小。隨后將覆材和基材擬結合的平面分別進行少量的銑削加工。
[0033]步驟2)中，采用熔化極氣體保護焊的方法，使用直徑為Φ1.2mm的308L不銹鋼焊條對覆材和基材疊合在一起時的結合縫四周進行堆焊，焊腳尺寸為5mm，同時對覆材和基材進行標記，便于快速識別覆材和基材。
[0034]步驟3)中的加熱方式為感應爐加熱，加熱溫度為IlOOcC，保溫時間為15min，送入壓力機工作臺上沿長度方向進行鍛打，完畢后進行緩慢冷卻，鍛造比為2.5。
[0035]步驟4)中，鍛造后的雙金屬板冷卻至室溫后，將其進行火焰切割成2塊雙金屬板，切割后每塊雙金屬板的平面尺寸(長度X寬度)稍大于客專滑床臺板圖紙的尺寸，即:310mmX155mm0
[0036]步驟5)中，將切割好的雙金屬板重新采用感應加熱的方式進行加熱，并在成型模具中進行第二鍛造成型。第二次鍛造成型的始鍛和終鍛溫度分別為1100°C和800°C，加熱保溫時間為lOmin。鍛后緩冷得到雙金屬復合材料道岔滑床臺板毛坯。
[0037]此外，在上述步驟3)和步驟5)的鍛造成型過程中，需用紅外線測溫儀時刻測量雙金屬板的溫度，若雙金屬板的溫度低于800°C時，則需立即停止鍛造，并放入加熱爐中進行加熱、保溫，在溫度超過800 °C時，才可以進行鍛造。
[0038]步驟5)中，在第二次鍛造成型后進行緩慢冷卻，再在冷沖模中進行切邊。
[0039]步驟6)中，滑床臺板毛坯在機加工前需要在熱處理爐中進行熱處理，熱處理溫度為1050°C，保溫50min，在水中冷卻。
[0040]步驟7)中，按照時速250公里客運專線鐵路60 kg/m_18號鋼軌道岔客專線(07)004-ΙΠ-23滑床臺板的圖紙對其毛坯進行機械加工，先對覆材面進行銑削加工平整后，再以覆層加工后的表面作為基準面對其他面進行加工。
[0041]最后在步驟8)中，還將對機加工后的滑床臺板依次進行探傷處理、缺陷處理及試驗抽檢過程。
[0042]利用超聲波和滲透探傷檢測滑床臺板側面，覆層表面有無裂紋、折疊等缺陷，若檢測出缺陷應用油漆筆標記出來，并進行修補。
[0043]實施例3:
與實施例1相比，本實施例的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，存在以下不同:
步驟I)中，覆材和基材分別選用lCrl8Nil2Mo2Ti和20Cr，并分別將厚度為5mm的覆材和厚度為50mm的基材均采用火焰切割的方式切割成300mm X 140mm大小。隨后將覆材和基材擬結合的平面各自進行噴丸處理。
[0044]步驟2)中，采用熔化極氣體保護焊的方法，使用直徑為Φ1.2mm的308L不銹鋼焊條對覆材和基材疊合在一起時的結合縫四周進行堆焊，焊腳尺寸為5mm，同時對覆材和基材進行標記，便于快速識別覆材和基材。
[0045]步驟3)中的加熱方式為燃氣爐加熱，加熱溫度為1200°C，保溫時間為60min，送入壓力機工作臺上沿長度方向進行鍛打，鍛造比為1.8。
[0046]步驟4)中將一次鍛造后的雙金屬板直接采用熱切割的方式按照148_的長度直接進行高溫狀態下的鍛造切割，獲得兩塊平面尺寸均為255mmX 148mm的雙金屬板。
[0047]步驟5)中，將步驟4)中獲得的雙金屬板毛坯直接在成型模具中進行第二鍛造成型。第二次鍛造成型的始鍛和終鍛溫度分別為1200°C和900°C，鍛后緩冷得到雙金屬復合材料道岔滑床臺板毛坯。
[0048]此外，在上述步驟3)和步驟5)的鍛造成型過程中，需用紅外線測溫儀時刻測量雙金屬板的溫度，若雙金屬板的溫度低于900°C時，則需立即停止鍛造，并放入加熱爐中進行加熱、保溫，在溫度超過900 °C時，才可以進行鍛造。
[0049]步驟5)中，在第二次鍛造成型后進行緩慢冷卻，切邊在冷沖模中進行的。
[0050]步驟6)中，滑床臺板毛坯在機加工前需要在熱處理爐中進行熱處理，熱處理溫度為1100 °C，保溫Ih，在水中冷卻，然后再在熱處理爐中進行180 °C，保溫3h的回火。
[0051]步驟7)中，按照60kg/m鋼軌道岔專線4232-37滑床臺板的圖紙對其毛坯進行機械加工，先對覆材面進行銑削加工平整后，再以覆層加工后的表面作為基準面對其他面進行加工。
[0052]最后在步驟8)中，還將對機加工后的滑床臺板依次進行探傷處理、缺陷處理及試驗抽檢過程。
[0053]利用超聲波和滲透探傷檢測滑床臺板側面，覆層表面有無裂紋、折疊等缺陷，若檢測出缺陷應用油漆筆標記出來，并進行修補。
[0054]若滑床臺板結合層或表面有缺陷需要進行修補，修補時先用砂輪機挖磨掉缺陷部位，然后用不銹鋼焊條進行補焊，最后進行機加工返工處理。
[0055]采用本發明所述的雙金屬復合材料道岔滑床臺板，利用了不銹鋼的先天耐磨、耐蝕性能優勢，其不銹鋼覆層厚度達到1.8?3.0mm，覆層表面的硬度達到了 35HRC?55HRC之間，經120小時中性鹽霧(NSS)試驗的保護級別達到了GB/T 6461中的6?8級。結合面附近低倍組織不存在任何缺陷，其結合面的剪切強度達到210MPa以上，彎曲90°結合層不開裂，性能也遠優于鍍鉻滑床臺，價格低于堆焊滑床臺。
【主權項】
1.生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)覆材、基材鋼板的選材、尺寸的確定及其表面處理； 2)將覆材和基材擬結合的平面相向地疊放在一起，并將兩者結合縫的四周外圍堆焊一層金屬材料，得到疊層雙金屬板； 3)疊層雙金屬板進行第一次乳制/鍛造成型，獲得覆材和基材成冶金結合的雙金屬板； 4)雙金屬板切割至其平面尺寸與臺板毛坯平面尺寸相當的臺板毛坯板； 5)雙金屬板經第二次鍛造成型及切邊得到滑床臺板毛坯； 6)毛坯的熱處理； 7)毛坯的機加工； 8)臺板進行探傷、缺陷處理及試驗抽檢。2.根據權利要求1所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:步驟I)中，基材選用碳素結構鋼或低、中碳鋼/低、中碳合金鋼，覆材選用Cr系不銹鋼或Cr-Ni系不銹鋼。3.根據權利要求1所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:步驟I)中，將覆材和基材采用火焰切割的方式切割成相同的平面尺寸，隨后將覆材和基材擬結合的平面各自進行噴丸、銑削。4.根據權利要求1所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，步驟2)中堆焊采用不銹鋼焊條進行堆焊，焊腳尺寸為5?6mm，焊接時焊縫不超過覆層表面，堆焊后對覆材和基材進行標記。5.根據權利要求1所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:步驟3)中的乳制/鍛造方式為乳制或自由鍛。6.根據權利要求5所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:步驟3)中，加熱方式可選用感應加熱、電阻爐加熱或燃氣爐加熱，乳制/鍛造的始乳/始鍛溫度為1050?1200°C，保溫時間為15?160min;乳制/鍛造的終鍛溫度800?900°C，乳制/鍛造比為1.5?3.5。7.根據權利要求1所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:步驟4)中在第一次乳制/鍛造完畢后，直接采用鍛造熱切的方式，或者經慢冷卻后采用機加工切割或火焰切割的方法，獲得臺板毛坯板。8.根據權利要求1所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:步驟5)中第二次鍛造成型在成型模具中進行，第二次鍛造成型過程可在第一次乳制/鍛造成型以及鍛造熱切過程結束后立即進行，或在第一次乳制/鍛造完畢緩慢冷卻后經機加工切割或火焰切割過程結束后重新加熱進行;鍛造的始鍛和終鍛溫度分別不低于1050°C和800°C。9.根據權利要求1所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:步驟6)中熱處理的加熱溫度為850?1100°C，保溫30min?80min，在空氣中冷卻或水中冷卻;或者水冷卻后再進行150?250°C，保溫2?4h的回火。10.根據權利要求1所述的生產雙金屬復合材料道岔滑床臺板的乳制/鍛造方法，其特征在于:步驟7)中的機加工需先對覆層表面進行少量的機加工直至其表面平整，然后以加工后的覆層表面作為基準面對其他面進行機加工。
【文檔編號】B21J5/00GK105921674SQ201610350516
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】丁志敏, 劉皓, 羅震, 劉志超, 梁博, 陳影, 柳堂明, 柳長波
【申請人】大連交通大學, 中國鐵建重工集團有限公司, 株洲市億達鑄業有限責任公司