鄭曉鳴

（太原鐵路局晉太公司榆次工務(wù)器材廠，山西 晉中 030600）

大秦鐵路是山西省煤炭外運(yùn)的重要通道，全長653 km，上行重載線路采用75 kg/m鋼軌及道岔。現(xiàn)已大量開行1×104t、1.5×104t、2×104t重載列車。從2010年突破年運(yùn)量4×108t開始，運(yùn)量每年新增超過2×107t，2012年達(dá)到4.5×108t，形成了大運(yùn)量、高軸重、高密度的重載鐵路運(yùn)輸模式。這種重載鐵路運(yùn)輸模式對鋼軌造成了嚴(yán)重傷損，AT尖軌磨耗嚴(yán)重，最短時不到一個月就因磨耗到限而下道，更換頻繁，需求量較大。一直以來，75AT尖軌主要由山橋、寶橋等少數(shù)幾家企業(yè)生產(chǎn)，我局只能外購，運(yùn)輸成本高。我廠作為太原鐵路局局屬唯一生產(chǎn)道岔的企業(yè)，為適應(yīng)新時期鐵路技術(shù)裝備的發(fā)展，多年來以整組道岔生產(chǎn)為核心，對原有生產(chǎn)車間、生產(chǎn)設(shè)備逐步進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，積極推廣采用新技術(shù)、新工藝，逐漸發(fā)展為具有較大生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力的道岔生產(chǎn)基地。針對上述情況，75AT尖軌若能試制成功，不僅能為我廠開拓新的市場，還可為我局降低運(yùn)輸成本，節(jié)約大量維修資金。

1 技術(shù)方案

經(jīng)過市場調(diào)研并結(jié)合我廠實(shí)際生產(chǎn)能力，確定的技術(shù)方案為：①AT鋼軌選用鞍鋼生產(chǎn)的60AT鋼軌，材質(zhì)為U75V。②壓制采用3 000 t油壓機(jī)熱壓，經(jīng)預(yù)壓、終壓二次加熱壓制成型[1]，加熱采用中頻電感應(yīng)加熱；正火使用箱式電阻爐加熱。③軌頭采用數(shù)控龍門銑加工。④AT尖軌軌頭頂面的全長淬火采用中頻感應(yīng)加熱+噴風(fēng)、噴霧冷卻的熱處理工藝[2]，加熱線圈采用鐵科院金化所研制的馬鞍型線圈。

2 產(chǎn)品的試制

2.1 產(chǎn)品試制工藝流程

下料—壓制—正火—調(diào)直—鋸切—銑底—鉆孔、倒角—刨底—銑削(工作邊、非工作邊、軌頂坡等)、打磨—淬火—時效—調(diào)直、頂彎、組裝試驗(yàn)—探傷。

2.2 產(chǎn)品試制關(guān)鍵工序

2.2.1 跟端壓制

2.2.1.1 模具的設(shè)計

將60AT鋼軌斷面和75 kg/m鋼軌斷面（圖1）的面積及斷面各部位面積進(jìn)行對比（表1），可以看出75 kg/m鋼軌軌頭的面積要大于60AT鋼軌軌頭的面積。因此，如何將AT鋼軌軌腰的金屬重新分配到75 kg/m鋼軌的軌頭是模具設(shè)計的關(guān)鍵。為防止壓制后軌頭區(qū)面積不夠，在設(shè)計預(yù)壓模時，應(yīng)將軌頭三角區(qū)即軌鄂處預(yù)留部分空間（圖2陰影區(qū)），這樣這部分空間的金屬在隨后用終壓膜壓制時填充到軌鄂處，就不會出現(xiàn)軌頭區(qū)面積不足的問題。

圖2 預(yù)壓模

表1 斷面面積

2.2.1.2 壓制過程

將60AT鋼軌跟端在中頻加熱爐中加熱到1 100℃左右，但不得超過1 160℃.取出后快速清除軌頭、軌腰、軌底的表面氧化皮，放入壓機(jī)模腔，將軌頭部分送入下模鑲塊。推入預(yù)壓模，加壓合模，使軌腰部位的金屬向軌頭與軌底方向流動，然后拉出預(yù)壓模，推入終壓膜加壓合模，加大壓板初步整形軌底，使長邊的金屬流向短邊。預(yù)壓過程不超過5 min，終鍛溫度不低于800℃。隨后將鋼軌放入中頻加熱爐中二次加熱，到溫取出，清除氧化皮后，送入壓機(jī)模腔，推入終壓模合模，壓機(jī)增壓控制軌腰厚度，再用小壓板和大壓板兩次整形，然后用彎板整形軌底過渡段，最后用大平板進(jìn)行軌底整體整形。終壓過程亦不超過5 min，終鍛溫度不低于800℃。

2.2.1.3 壓制中存在的問題及解決辦法

①長邊一側(cè)軌底三角區(qū)折疊。原因分析：在用預(yù)壓模預(yù)壓時，軌腰受到大面積擠壓，金屬大量上移，軌腰高度增高過大，造成軌底三角區(qū)一側(cè)和終壓膜之間間隙太大。這樣在壓制軌底時，上面受到向下的力，而三角區(qū)一側(cè)的軌底還未和終壓膜接觸，不受力；且長邊一側(cè)受力大，此時這一側(cè)將會以三角區(qū)為支點(diǎn)向下彎曲，待和終壓膜接觸受力后，長邊一側(cè)的金屬將會向短邊一側(cè)橫向流動，因此造成三角區(qū)折疊。解決辦法：加大限位板厚度，預(yù)壓時限制軌腰長高的高度，縮小軌底和終壓膜之間的間隙，盡可能使得在壓制軌底時軌底兩側(cè)同時受力。②過渡段軌頭縮頸。原因分析：壓制時，由過渡段受壓向兩側(cè)軸向移動拉長造成。解決辦法：在AT鋼軌一端加裝軌卡裝置，壓制端加裝限位塊，阻止鋼軌的軸向移動，同時控制壓機(jī)下壓速度。

2.2.2 正火

將AT鋼軌跟端的壓制端放入箱式電阻爐中，加熱到860～880℃，使之奧氏體化，保溫1 h后出爐空冷，以獲得細(xì)小的珠光體組織，為之后的淬火作好組織準(zhǔn)備。AT鋼軌跟端經(jīng)過預(yù)鍛、終鍛后，壓制段的組織不均勻，晶粒比較粗大，存在魏氏組織。經(jīng)過正火處理后，可消除上述鍛造后產(chǎn)生的各種缺陷，獲得較好的綜合機(jī)械性能。

2.2.3 軌頭頂面淬火

將加工好的AT尖軌置于淬火小車上，跟端卡好，尖端置于感應(yīng)線圈中，自尖軌尖端開始進(jìn)行鋼軌頭部淬火。淬火后的組織取決于兩個因素，即加熱溫度和冷卻速度。因不同斷面的感應(yīng)效率不同，加熱時間也不同，斷面越窄的地方加熱越慢，反之越快。通過控制淬火小車的走行速度控制加熱溫度，控制風(fēng)壓和水量的大小控制冷卻速度。經(jīng)過對前述3個參數(shù)不斷調(diào)試從而獲得理想的淬火組織。

3 檢驗(yàn)

3.1 淬火層檢驗(yàn)

淬火后，橫斷面淬火層應(yīng)符合圖3要求及下列規(guī)定。①淬火層形狀：帽形。②淬火層深度：a≥8 mm，b＞6 mm。③淬火層硬度分布：淬火層硬度從表面向內(nèi)部逐漸降低，其斷面硬度為HRC32～43(HB298～401)。若出現(xiàn)個別硬點(diǎn)，硬度不得超過HRC44.

圖3 斷面淬火層質(zhì)量指標(biāo)

將檢驗(yàn)軌切片送鐵科院金化所檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果：淬火層深度如圖4所示，硬度如表2所示，金相組織為細(xì)片狀珠光體和少量鐵素體，如圖5所示。

圖4 淬火層深度

表2 淬火層硬度HRC

圖5 淬火層金相組織

3.2 跟端過渡段檢驗(yàn)

跟端過渡段經(jīng)壓制、正火處理后的晶粒度等級不得低于母材，檢驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，母材晶粒度為7級，過渡段晶粒度為8～9級。

圖6 晶粒度

4 結(jié)束語

試制的75AT尖軌各部位型式尺寸符合圖紙的要求及TB/T412的規(guī)定，組織和硬度達(dá)到TB/T1779的要求。通過解決試制過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步完善了工藝工裝。

[1]任建旭，胡亞娟.AT型尖軌跟端無切削鍛造工藝的設(shè)計[J].哈爾濱鐵道科技，2000（4）：15—16.

[2]王樹青，王建新.AT尖軌全長熱處理研究[J].金屬熱處理，2001（1）：37—40．