詹新偉

(中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京　100081)

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33 kg/m槽型護(hù)軌的感應(yīng)熱處理研究

詹新偉

(中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京100081)

摘要:采用33 kg/m護(hù)軌用槽型鋼制造的槽型護(hù)軌在道岔中得到廣泛應(yīng)用，但目前無法直接利用現(xiàn)有的道岔尖軌熱處理裝置和工藝對其進(jìn)行熱處理。本文比較了槽型護(hù)軌和其他類型護(hù)軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對各類護(hù)軌熱處理性能的不同要求，提出了槽型護(hù)軌熱處理方案，即通過設(shè)計(jì)和制造槽型護(hù)軌專用的感應(yīng)加熱線圈和定位導(dǎo)輪，在現(xiàn)有的道岔尖軌熱處理設(shè)備上進(jìn)行槽型護(hù)軌的感應(yīng)熱處理。對熱處理后槽型護(hù)軌的硬化層硬度、深度和金相組織進(jìn)行檢測，結(jié)果表明各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)《33 kg/m護(hù)軌用槽型鋼》( TB /T 3110—2005)的要求。

關(guān)鍵詞:槽型護(hù)軌護(hù)軌用槽型鋼感應(yīng)熱處理硬化

護(hù)軌是道岔的重要組成部分，是控制車輪運(yùn)行方向，保證行車安全的重要設(shè)備。同時護(hù)軌還起到避免輪對沖擊岔心，減輕輪緣磨耗心軌的作用。護(hù)軌類型主要有間隔鐵型、H型和槽型3種。間隔鐵型護(hù)軌結(jié)構(gòu)采用普通鋼軌作護(hù)軌，H型護(hù)軌結(jié)構(gòu)由普通鋼軌加工成H型，槽型護(hù)軌結(jié)構(gòu)則是采用33 kg/m護(hù)軌用槽型鋼及相關(guān)配件組成的。

護(hù)軌的主要傷損方式為磨損，因而需要通過熱處理的方式提高護(hù)軌工作面的硬度，從而提高護(hù)軌的使用壽命。間隔鐵型護(hù)軌或H型護(hù)軌(即采用普通鋼軌或普通鋼軌加工而成的護(hù)軌)的熱處理采用現(xiàn)有的道岔尖軌熱處理裝置和工藝，對鋼軌的軌頭進(jìn)行感應(yīng)熱處理以提高硬度，然后進(jìn)行機(jī)械加工。而對于采用33 kg/m護(hù)軌用槽型鋼加工成的槽型護(hù)軌，由于其結(jié)構(gòu)和形狀與普通鋼軌有很大差別，無法使用現(xiàn)有的尖軌熱處理裝置和工藝進(jìn)行熱處理。由于33 kg/m槽型護(hù)軌熱處理的困難，研究人員進(jìn)行了高強(qiáng)耐磨熱軋合金護(hù)軌的研制，利用合金化的方法提高槽型護(hù)軌的強(qiáng)度和耐磨性，但是成本較高。因而有必要針對33 kg/m槽型護(hù)軌的感應(yīng)熱處理進(jìn)行研究，使其工作邊的硬化層性能達(dá)到TB /T 3110—2005的要求，提高其使用壽命。本文在比較槽型護(hù)軌和其它類型護(hù)軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對各類護(hù)軌熱處理性能不同要求的基礎(chǔ)上，對槽型護(hù)軌熱處理方案進(jìn)行研究。

1槽型護(hù)軌感應(yīng)熱處理技術(shù)要求及難點(diǎn)

1. 1槽型護(hù)軌和普通護(hù)軌的結(jié)構(gòu)比較

圖1為不同類型護(hù)軌的結(jié)構(gòu)比較?？梢钥闯?，采用普通鋼軌加工的普通護(hù)軌和采用33 kg/m護(hù)軌用槽型鋼加工的槽型護(hù)軌在結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別。普通護(hù)軌可對軌頭感應(yīng)熱處理后再進(jìn)行護(hù)軌加工，在熱處理的時候?yàn)閷ΨQ的可直立的鋼軌結(jié)構(gòu)。而槽型護(hù)軌的結(jié)構(gòu)，在工作區(qū)段除了腰部打孔以外，其余與護(hù)軌用槽型鋼的結(jié)構(gòu)完全相同，為非對稱結(jié)構(gòu)，而且無法正常直立，因而對工作邊進(jìn)行感應(yīng)熱處理有較大的難度。

圖1不同類型護(hù)軌的結(jié)構(gòu)比較(單位: mm)

1. 2槽型護(hù)軌和普通護(hù)軌熱處理后的性能要求比較

普通護(hù)軌的熱處理遵照《道岔鋼軌件淬火技術(shù)條件》( TB /T 1779—1993)的要求，軌頭側(cè)面硬化層深度＞6 mm。槽型護(hù)軌的熱處理遵照《33 kg/m護(hù)軌用槽型鋼》( TB /T 3110—2005)的要求，硬化層深度需要≥25 mm。不同類型護(hù)軌熱處理后硬化層的比較如圖2所示。

圖2不同類型護(hù)軌熱處理后硬化層的比較(單位: mm)

1. 3槽型護(hù)軌感應(yīng)熱處理的難點(diǎn)

由圖1、圖2可以看出，普通護(hù)軌為對稱結(jié)構(gòu)，通過感應(yīng)熱處理可得到對稱的硬化層，而槽型護(hù)軌則需對非對稱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理;同時槽型護(hù)軌的硬化層深度要求比普通護(hù)軌的硬化層深度大得多。結(jié)構(gòu)非對稱且硬化層深度達(dá)25 mm，是槽型護(hù)軌進(jìn)行感應(yīng)熱處理的難點(diǎn)。

2槽型護(hù)軌感應(yīng)熱處理工藝試驗(yàn)

在現(xiàn)有的道岔尖軌感應(yīng)熱處理設(shè)備上進(jìn)行槽型護(hù)軌的感應(yīng)熱處理，可利用現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備、中頻電源及控制系統(tǒng)，但是針對槽型護(hù)軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了專用的感應(yīng)加熱線圈和配套的定位導(dǎo)輪。

2. 1槽型護(hù)軌的熱處理工藝方案

2. 1. 1工藝方案及專用導(dǎo)輪

根據(jù)槽型護(hù)軌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和槽型護(hù)軌工作的位置以及硬化層的要求，設(shè)計(jì)了圖3所示的熱處理工藝方案。槽型護(hù)軌側(cè)立，在工作邊上安置感應(yīng)加熱線圈，配置專用定位導(dǎo)輪，槽型護(hù)軌邊走行邊經(jīng)歷感應(yīng)加熱、噴風(fēng)冷卻和噴霧冷卻，從而完成熱處理的全過程。由于導(dǎo)輪和線圈通過隨動吊框和變壓器連接在一起，因而導(dǎo)輪既保證了工作邊的感應(yīng)加熱，又保證了工作邊加熱和冷卻過程中的定位和對中要求。

2. 1. 2槽型護(hù)軌專用感應(yīng)加熱線圈

圖4為不同類型的感應(yīng)加熱線圈對槽型護(hù)軌的加熱效果示意。圖4( a)采用平板加熱線圈，不僅加熱效率較低，而且工作邊的加熱層深度較淺，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的25 mm。圖4( b)采用現(xiàn)有的道岔尖軌加熱線圈，如果槽型護(hù)軌對中工作邊，則硬化層深度較淺、效率低而且會加熱到槽型護(hù)軌的另一個短肢;如果偏向一側(cè)，可以部分提高效率，增大加熱層的深度，但是加熱層不對稱，引起槽型護(hù)軌的嚴(yán)重側(cè)彎，而且另一側(cè)加熱線圈產(chǎn)生了不必要的損耗。圖4( c)采用護(hù)軌專用加熱線圈，加熱層深度大、效率高且加熱層對稱，避免了側(cè)向彎曲。

圖4不同的感應(yīng)加熱線圈對槽型護(hù)軌的加熱效果示意

根據(jù)圖4( c)的感應(yīng)線圈設(shè)計(jì)方案，考慮硬化層深度要求和加熱效率的提高，針對33 kg/m槽型護(hù)軌設(shè)計(jì)和制造了槽型護(hù)軌專用感應(yīng)加熱線圈，如圖5所示。

2. 2槽型護(hù)軌熱處理工藝試驗(yàn)

槽型護(hù)軌的熱處理工藝試驗(yàn)在現(xiàn)有的道岔尖軌熱處理試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行，在試驗(yàn)臺上更換槽型護(hù)軌專用加熱線圈和專用定位導(dǎo)輪，就可以進(jìn)行槽型護(hù)軌的感應(yīng)熱處理，不但減少了投資，而且操作和更換簡便。

圖5槽型護(hù)軌專用感應(yīng)加熱線圈

3感應(yīng)熱處理后的槽型護(hù)軌性能檢驗(yàn)

3. 1硬化層硬度

對熱處理后的槽型護(hù)軌按照TB /T 3110—2005的要求進(jìn)行硬度測試，測點(diǎn)在槽型護(hù)軌的橫斷面上進(jìn)行，從工作邊朝下每6 mm測一點(diǎn)硬度，結(jié)果如表1所示。硬度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1熱處理槽型護(hù)軌試樣硬化層硬度測試結(jié)果( HRC)

3. 2硬化層形貌及深度

對熱處理后的槽型護(hù)軌按照TB /T 3110—2005的要求進(jìn)行硬化層形貌和深度的測試，結(jié)果如圖6所示。硬化層均勻且對稱。2個試樣的硬化層深度皆為26 mm，達(dá)到≥25 mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6槽型護(hù)軌的硬化層形貌和深度

3. 3硬化層金相組織

對熱處理后的槽型護(hù)軌硬化層區(qū)域進(jìn)行金相組織觀察，結(jié)果如圖7所示。硬化層的踏面和圓角區(qū)域金相組織皆為珠光體和少量鐵素體，未見貝氏體和馬氏體，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖7槽型護(hù)軌硬化層的金相組織

4　結(jié)論

1)槽型護(hù)軌熱處理方案為:槽型護(hù)軌側(cè)立，工作邊朝上放置，加熱線圈在工作邊上方，槽型護(hù)軌邊走行邊經(jīng)歷感應(yīng)加熱、噴風(fēng)冷卻和噴霧冷卻。

2)在現(xiàn)有道岔尖軌熱處理設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和制造槽型護(hù)軌專用感應(yīng)熱處理線圈，并配置專用導(dǎo)輪，保證熱處理過程中的對中和間隙要求。

3)對槽型護(hù)軌感應(yīng)熱處理后進(jìn)行硬度、硬化層深度和形貌、硬化層金相組織的檢驗(yàn)，均達(dá)到TB /T 3110—2005的要求。

4)該槽型護(hù)軌感應(yīng)熱處理技術(shù)在北京北車軌道有限公司、廣州工務(wù)大修段、蕪湖中鐵科吉富軌道有限公司、南昌鐵路通達(dá)工貿(mào)有限責(zé)任公司機(jī)車車輛配件廠等單位進(jìn)行了應(yīng)用，效果良好。

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(責(zé)任審編周彥彥)

Study on inductive heat treatment for 33 kg/m channeled guardrail

ZHAN Xinwei

( Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:33 kg /m channels for guardrail are widely used in turnout．T hey cannot be inductive heat treated by the present equipment and technique for switch rails yet．In this paper，the structure and technical requirement of heat treated channel for guardrail and other types were compared，and the method of inductive heat treatment for channel guardrail was proposed．W ith a designed inductive coils and guide wheel dedicated for channel guardrail，inductive heat treatment of channel guardrail was conducted using present inductive heating equipment for switch rails．T hrough the test of hardness，depth of hardened layer and microstructure，it revealed that the channel guardrails heat treated with this method meet the technical requirement of T B /T 3110—2005．

Key words:Channeled guardrail; Steel channel for guardrail; Inductive heat treatment; Hardening

文章編號:1003-1995( 2016) 02-0139-04

作者簡介:詹新偉( 1971—)，男，副研究員，碩士。

基金項(xiàng)目:中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所基金項(xiàng)目( 2013SJ01)

收稿日期:2015-09-07;修回日期: 2015-11-13

中圖分類號:U213．6+3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．33