专利名称：激光表面相变硬化的铁路道岔护轨的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铁路道岔护轨，特别是涉及一种用激光表面相变硬化的铁路道岔护轨。
道岔是铁路轨道的重要组成部分，随着铁路高速的发展，高的运输强度与低的轨道结构强度的矛盾日益突出。道岔作为轨道三大薄弱环节之一，其技术性能，质量成为强化轨道结构，提高列车行车速度及运输安全的关键限制因素。
我国目前现存的铁路道岔大部分是低速铁路(速度小于120km/h)的道岔。90年代中期，为适应铁路提速要求，研制生产了适应速度在160km/h(准高速)的道岔，称为提速道岔。今后还将研制适应200km/h(高速铁路)以上速度的道岔。目前，提速道岔正在各重要铁路干线大量铺设。
护轨是道岔的重要部件。护轨是固定性辙叉的重要组成部分，设置在辙叉两侧，作用是控制车轮运行方向，防止其在辙叉有害空间冲击或爬上辙叉心轨尖端，是保证行车安全的重要设备。护轨由平直段、两侧缓冲段和两端开口段组成。目前我国道岔护轨类型主要有钢轨间隔铁型、H型和槽型，提速道岔护轨类型为H型。
护轨病害和使用寿命是道岔使用寿命与运营成本的重要限制因素。护轨的主要伤损部位及使用寿命取决于护轨直线段部分的磨损。提速道岔护轨磨损严重区段月磨耗约1mm，使用一年左右就必须更换。目前道岔护轨一般是用普通钢轨加工而成。为延长护轨使用寿命，要求其轨头工作边侧面应进行淬火处理。
工业上为提高钢轨表面硬度、耐磨性和抗拉强度，采取钢轨顶端淬火。将轧后的钢轨端部用感应电流加热至大约900℃，并维持几分钟，然后快速冷却至大约550℃—650℃，一般用强制空冷，并在此温度范围保温到奥氏体完全转变成贝氏体为止。提高钢轨端部的冷却速度则减小珠光体片层间距，抗拉强度提高，硬度增强。钢轨感应淬火轨头和轨侧表面处硬度达280-400HV。实际上护轨并不需要整个轨头进行淬火，仅仅要求护轨的工作边表面进行淬火，这个要求一般的工业淬火是难以做到的。因护轨要进行轨头机加工，淬火钢轨加工有困难，用普通钢轨加工后对平直段进行淬火亦有困难，事实上目前使用中的部分护轨是未经淬火处理的。护轨使用中提出的问题要求对平直段进行简便实用的淬火处理并且要有比一般工业淬火有更高的强度和硬度。
本实用新型的目的是提供一种激光表面相变硬化的铁路道岔护轨，克服目前道岔护轨使用中的弊端，以适应铁路提速对道岔护轨的要求。
本实用新型是这样实现的一种激光表面相变硬化的铁路道岔护轨，包括护轨工作边表面1、相变硬化层2、热影响层3和护轨基体4，其中，相变硬化层2是通过激光束照射护轨工作边表面1形成的，相变硬化层2位于在护轨表面1和热影响层3之间，热影响层3位于相变硬化层2和护轨基体4之间。相变硬化层2的空间形状可扫描成连续的或者是不连续的。相变硬化层2的平面形状可以是网状、点状、直线状、曲线状、平面状。
本实用新型的优点为激光表面相变硬化护轨是用激光束仅在护轨工作边表面产生相变硬化层，硬化层内及与基体连接处的金相组织发生改变，从而该种护轨耐磨性提高，使用寿命延长。激光表面相变硬化护轨很好的地解决了传统淬火工艺难以处理的护轨表面硬化问题。激光表面相变硬化护轨不更动现有护轨的几何尺寸。
以下结合附图对本实用新型激光表面相变硬化的铁路道岔护轨进行详细描述。
图1为本实用新型激光表面相变硬化铁路道岔护轨的剖面示意图和相变硬化层的结构示意图，参照
图1，标号1为护轨工作边表面，2为相变硬化层；3为热影响层，4为护轨基体，5为护轨轨头，6为护轨平直段剖面。相变硬化层2设置在护轨工作边表面1和热影响层3之间，它是通过激光束照射护轨工作边表面形成的，护轨基体4与热影响层3相联接。相变硬化层2的平面形状可扫描成连续的或者是不连续的。相变硬化层2可以是网状、点状、直线状、曲线状、平面状。激光表面相变硬化层的深度，经过调整激光加工参数，可达到1-2mm。激光表面相变硬化护轨的表面硬度可达850-900HV，在硬化层和热影响层深度内硬度值逐渐降低过渡到与护轨基体硬度值相同。在空间形状上，激光表面相变硬化护轨的硬化层可以是连续的，也可以是不连续的。激光表面相变硬化护轨的硬化层有特定的微观结构。激光表面相变硬化护轨加工所取的激光功率密度为104-105W/cm2，过大的功率密度会使护轨表面溶化。激光束照射护轨表面，迅速加热到相变温度以上形成高温相，激光加热速度为103-104℃/s。激光表面加热极快，奥氏体晶粒来不及长大，所以在护轨表面的奥氏体晶粒很细。当激光束移开，热量迅速在护轨基体内传导而自冷淬火，自冷却速度可达104-106℃/s。自淬火后形成的马氏体尺寸极小，可形成超细化的隐晶马氏体，有很高的硬度和耐磨性。激光表面相变硬化护轨可在工厂生产，也可用激光车在轨道上就地生产。工厂生产这种护轨需激光数控机床。该机床由二氧化碳气体激光器，导光系统，数控机床组成。首先将护轨进行予处理，黑化处理或涂专门的涂料，以提高护轨对激光的吸收率。将护轨固定在机床台面上，一般激光光头不动，护轨相对于光头运动。激光光斑直经D，相对运动速度V，功率密度P等加工参数要认真试验确定。激光光斑可为圆形，也可为矩形，也可为线形。当激光器输出功率确定后，可通过调整光头与工件的距离L来调整功率密度。
权利要求1.一种激光表面相变硬化的铁路道岔护轨，包括护轨工作边表面(1)、相变硬化层(2)、热影响层(3)和护轨基体(4)，其特征在于，相变硬化层(2)和热影响层(3)是通过激光束照射护轨工作边表面(1)形成的，相变硬化层(2)设置在护轨工作边表面(1)和热影响层(3)之间，护轨基体(4)与热影响层(3)相联接。
2.根据权利要求1所述的铁路道岔护轨，其特征在于，相变硬化层(2)的空间形状可扫描成连续的或者是不连续的。
3.根据权利要求1所述的铁路道岔护轨，其特征在于，相变硬化层(2)的平面形状可以是网状、点状、直线状、曲线状、平面状。
专利摘要本实用新型提供一种激光表面相变硬化的铁路道岔护轨,包括:护轨工作边表面、相变硬化层、热影响层和护轨基体,相变硬化层设置在护轨工作边表面和热影响层间,它是通过激光束照射护轨表面形成的,护轨基体层与热影响层相联接。相变硬化层内及与基体连接处的金相组织发生改变,从而使本实用新型的护轨耐磨性能提高,使用寿命延长。
文档编号E01B5/18GK2467562SQ0120764
公开日2001年12月26日 申请日期2001年3月22日 优先权日2001年3月22日
发明者张准胜 申请人:张准胜, 吕杰胜