專利名稱：激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鐵路道岔尖軌，特別是涉及一種用激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌。
道岔是鐵路軌道的重要組成部分，隨著鐵路高速的發展，高的運輸強度與低的軌道結構強度的矛盾日益突出。道岔作為軌道三大薄弱環節之一，其技術性能，質量成為強化軌道結構，提高列車行車速度及運輸安全的關鍵限制因素。
我國目前現存的鐵路道岔大部分是低速鐵路(速度小于120km/h)的道岔。90年代中期，為適應鐵路提速要求，研制生產了適應速度在160km/h(準高速)的道岔，稱為提速道岔。今后還將研制適應200km/h(高速鐵路)以上速度的道岔。目前，提速道岔正在各重要鐵路干線大量鋪設。
尖軌是道岔的重要部件，尖軌病害和使用壽命是道岔使用壽命與運營成本的關鍵限制因素。尖軌的主要傷損部位及使用壽命取決于尖軌軌尖部分的磨損剝離，其傷損部位大部分在橫截面10mm以前的尖端部位。軌尖部分在剝離掉塊之前，一般先出現比較明顯的金屬塑性變形，壓輾而出現飛邊現象。尖軌使用1-3個月就會出現飛邊，提速道岔尖軌磨損嚴重區段使用二個月就必須更換。
目前道岔尖軌是用普通軌或50AT軌和60AT軌加工而成，主要采用U71Mn軌鋼。尖軌在生產制造工藝上存在一些問題。工業上鋼軌頂端淬火是為了提高抗拉強度，增強耐磨性。將軋后的鋼軌端部用感應電流加熱至大約900℃，并維持幾分鐘，然后快速冷卻至大約550℃-650℃，一般用強制空冷，并在此溫度范圍保溫到奧氏體完全轉變成貝氏體為止。提高鋼軌端部的冷卻速度則減小珠光體片層間距，抗拉強度提高，硬度增強。鋼軌感應淬火軌頭和軌側表面處硬度達280-400HV。由于加工后的尖軌在長度上呈現變截面，這樣淬火處理的質量就不容易掌握，尖軌橫截面10mm之前的部分實際上淬不上火，但按設計要求淬火的尺寸應達到尖軌截面5mm處，而在現場使用中正是這一部分的尖軌最容易發生磨耗剝離。道岔尖軌加工需大型專用機床，尖軌價格尤其提速道岔尖軌價格很貴。為節約成本，采用傳統手工焊的辦法，對尖軌磨耗部位進行焊補。因尖軌尖端處寬度僅幾毫米，用電焊修補是不成功的。
本實用新型的目的是提供一種激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌，克服目前道岔尖軌使用中的弊端，以適應鐵路提速對道岔尖軌的要求。
本實用新型是這樣實現的一種激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌，包括尖軌表面層1、相變硬化層2、過渡層5和尖軌基體層6，其中，相變硬化層2在尖軌表面層1和過渡層5之間，它是通過激光束照射尖軌表面形成的，尖軌基體層6與過渡層5相聯接，處于所述尖軌的最下層。相變硬化層2的平面形狀可掃描成連續的或者是不連續的。相變硬化層2可以是網狀、點狀、直線狀、曲線狀。
本實用新型的優點為激光表面相變硬化尖軌的主要特征是用激光束在尖軌表面產生相變硬化層，硬化層內及與基體連接處的金相組織發生改變，從而該種尖軌耐磨性提高，使用壽命延長。激光表面相變硬化尖軌很好的地解決了用傳統淬火方法處理的尖軌尖端表面硬化問題。
以下結合附圖對本實用新型的激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌進行詳細描述。
圖1為本實用新型的激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌的剖面示意圖，圖2為本實用新型的激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌的相變硬化層的結構示意圖。
參照
圖1、圖2，標號4為基本軌斷面，2為相變硬化層，3為尖軌端面，1為尖軌表面層，5為過渡層，6為尖軌基體層。相變硬化層2設置在尖軌表面層1和過渡層5之間，它是通過激光束照射尖軌表面形成的，尖軌基體層6與過渡層5相聯接，處于所述尖軌的最下層。相變硬化層2的平面形狀可掃描成連續的或者是不連續的。相變硬化層2可以是網狀、點狀、直線狀、曲線狀。激光表面相變硬化層的深度，經過調整激光加工參數，可達到2-3mm。激光表面相變硬化尖軌的表面硬度可達850-900HV，在硬化層深度內硬度值逐漸降低過渡到與尖軌基體硬度值相同。在空間形狀上，激光表面相變硬化尖軌的硬化層可以是連續的，也可以是不連續的。激光表面相變硬化尖軌的硬化層有特定的微觀結構。激光表面相變硬化尖軌加工所取的激光功率密度為104-105W/cm2，過大的功率密度會使尖軌表面溶化。激光束照射尖軌表面，迅速加熱到相變溫度以上形成高溫相，激光加熱速度為103-104℃/S。激光表面加熱極快，奧氏體晶粒來不及長大，所以在尖軌表面的奧氏體晶粒很細。當激光束移開，熱量迅速在尖軌基體內傳導而自冷淬火，自冷卻速度可達104-106℃/S。自淬火后形成的馬氏體尺寸極小，可形成超細化的隱晶馬氏體，有很高的硬度和耐磨性。激光表面相變硬化尖軌，是指新尖軌或再生尖軌。激光表面相變硬化尖軌可在工廠生產，也可用激光車在軌道上就地生產。工廠生產這種尖軌需激光數控機床。該機床由二氧化碳氣體激光器，導光系統，數控機床組成。首先將尖軌進行予處理，黑化處理或涂專門的涂料，以提高尖軌對激光的吸收率。將尖軌固定在機床臺面上，一般激光光頭不動，尖軌相對于光頭運動。激光光斑直經D，相對運動速度V，功率密度P0等加工參數要認真試驗確定。激光光斑可為圓形，也可為矩形，也可為線形。當激光器輸出功率確定后，可通過調整光頭與工件的距離L來調整功率密度。
權利要求1.一種激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌，包括尖軌表面層(1)、相變硬化層(2)、過渡層(5)和尖軌基體層(6)，其特征在于，相變硬化層(2)設置在尖軌表面層(1)和過渡層(5)之間，相變硬化層(2)是通過激光束照射尖軌表面形成的，尖軌基體層(6)與過渡層(5)相聯接，處于所述尖軌的最下層。
2.根據權利要求1所述的鐵路道岔尖軌，其特征在于，相變硬化層(2)的平面形狀可掃描成連續的或者是不連續的。
3.根據權利要求1所述的鐵路道岔尖軌，其特征在于，相變硬化層(2)可以是網狀、點狀、直線狀、曲線狀。
專利摘要本實用新型提供一種激光表面相變硬化的鐵路道岔尖軌,包括:尖軌表面層、相變硬化層、過渡層和尖軌基體層,相變硬化層設置在尖軌表面層和過渡層之間,它是通過激光束照射尖軌表面形成的,尖軌基體層與過渡層相聯接,處于尖軌的最下層。相變硬化層內及與基體連接處的金相組織發生改變,從而使本實用新型的尖軌耐磨性能提高,使用壽命延長。
文檔編號C21D1/09GK2421313SQ00209840
公開日2001年2月28日 申請日期2000年4月24日 優先權日2000年4月24日
發明者張準勝 申請人:張準勝