生产双金属复合材料道岔滑床台板的轧制/锻造方法
【专利摘要】生产双金属复合材料道岔滑床台板的轧制/锻造方法，包括以下步骤：1）覆材、基材钢板的选材、尺寸的确定及其表面处理；2）覆材和基材拟结合的平面相向地叠放在一起，并将两者结合缝的四周外围堆焊一层金属材料，得到叠层双金属板；3）第一次轧制/锻造成型获得双金属板；4）将双金属板切割至其平面尺寸与台板毛坯平面尺寸相当的台板毛坯板；5）第二次锻造成型，得到滑床台板的毛坯；6）毛坯的热处理；7）毛坯的机加工；8）台板进行探伤、缺陷处理及试验抽检。本发明提供的生产双金属复合材料道岔滑床台板的轧制/锻造方法可以显著提高滑床台板的耐蚀性和耐磨性，可有效解决镀层易脱落的问题，并不会增加生产成本，且生产难度较低，生产效率较高。
【专利说明】
生产双金属复合材料道岔滑床台板的轧制/锻造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种乳制/锻造方法，特别是一种生产双金属复合材料道岔滑床台板(简称台板)的乳制/锻造方法。
【背景技术】
[0002]滑床台板是承载道岔尖轨和可动心轨的部件，同时也是尖轨和可动心轨横向滑动的平台，因此，露天服役的滑床台板表面的耐蚀性、耐磨性、摩擦系数直接影响到道岔运转的稳定性以及列车运行的安全性。目前最广泛使用的滑床台板主要采用如下两种方法来提高其表面的耐蚀性、耐磨性:一种是在滑床台板表面上镀铬，另一种是在滑床台板表面上堆焊一层耐磨、耐蚀金属。
[0003]但是，滑床台板表面镀铬的方法存在以下缺点:I)铬层在尖轨和可动心轨长时间的摩擦下，会出现掉块、起皮现象，而失去了耐腐蚀的作用;2)铬层与基体的结合力较差，在弯曲和冲击力作用下，铬层容易掉块或开裂;3)滑床台板表面铬层厚度一般在50μπι左右，且铬层厚度不均匀，一般是台板中间薄、边缘厚，这样就会影响尖轨和可动心轨与滑床台板的密贴性能;4)铬层一旦出现局部腐蚀后，腐蚀面积将迅速扩大，进而出现镀层整片掉落的现象。
[0004]表面堆焊耐磨、耐蚀金属的方法存在以下缺点:I)最大的缺点就是成本太高，其成本比镀铬滑床台板约高30%;2)台板表面堆焊后，因堆焊层硬度高，而使加工难度增大和加工效率降低;3)堆焊后，由于热应力的释放，台板会出现弯曲变形。
[0005]因此，需要寻求一种新的生产方法来提高滑床台板的耐蚀性、耐磨性，以及解决镀层易脱落等问题，且其加工成本不能太高，以及生产工艺简单高效。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，它可以显著提高滑床台板的耐蚀性和耐磨性，可有效解决镀层易脱落的问题，并不会增加生产成本，且生产难度较低，生产效率较高。
[0007]本发明的技术方案是:生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，包括以下步骤:
1)覆材、基材钢板的选材、尺寸的确定及其表面处理，基材选用碳素结构钢或低、中碳(合金)钢，覆材选用Cr系不锈钢或Cr-Ni系不锈钢；
2)将覆材和基材拟结合的平面相向地叠放在一起，并将两者结合缝的四周外围堆焊一层金属材料，得到叠层双金属板；
3)叠层双金属板进行第一次乳制/锻造成型，获得覆材和基材成冶金结合的双金属板；
4)双金属板切割至其平面尺寸与台板毛坯平面尺寸相当的台板毛坯板；
5)双金属板经第二次锻造成型及切边得到滑床台板毛坯；
6)毛坯的热处理； 7)毛坯的机加工；
8)台板进行探伤、缺陷处理及试验抽检。
[0008]本发明进一步的技术方案是:步骤I)中，基材选用Q235、Q345、20、30或20Cr等碳素结构钢或低、中碳钢/低、中碳合金钢，覆材选用ICr 13、2Cr 13或3Cr 13等Cr系不锈钢或lCrl8Ni9、0Crl8Ni9或lCrl8Nil2Mo2Ti等Cr-Ni系不锈钢，并根据台板的整体尺寸以及覆材与基材的厚度和后续乳制/锻造成型时乳制/锻造比的要求，设计出覆材和基材的厚度与平面尺寸，且将覆材和基材采用火焰切割的方式切割成相同的平面尺寸，随后将覆材和基材拟结合的平面各自进行喷丸、铣削。覆材和基材的大小可以乳制/锻造成型出一个台板或几个台板。
[0009]进一步，步骤2)中，将经喷丸或铣削的覆材和基材按拟结合的平面相向地叠放在一起，为了保证覆材和基材能在热乳或热锻过程中，两者结合面间的金属密贴，避免因空气进入结合层、而使结合面被氧化，对叠层双金属板结合缝的四周用不锈钢焊条进行堆焊，焊脚尺寸为5?6mm，焊接时焊缝不超过覆层表面，堆焊后对覆材和基材进行标记。
[0010]进一步，步骤3)中的第一次乳制/锻造的加热方式可选用感应加热、电阻炉加热或燃气炉加热，始乳/始锻温度为1050?1200°C，保温15?160 min。
[0011 ]进一步，步骤3)中的乳制/锻造方式为乳制或自由锻。
[0012]进一步，步骤3)中的乳制/锻造的终锻温度800?900°C，乳制/锻造比为1.5?3.5。
[0013]进一步，步骤3)中，对于用于一个台板的双金属板，在乳制/锻造完毕后经缓慢冷却再进行第二加热、锻造成型，或者直接用于后续的第二次锻造成型。
[0014]进一步，步骤4)中，对于用于几个台板的双金属板，在乳制/锻造完毕后，采用锻造热切的方式获得用于一个台板的双金属板后，缓慢冷却后再进行第二次加热后或者直接用于后续的第二次锻造成型;或者在第一次乳制/锻造完毕，经缓慢冷却后采用机加工切割或火焰切割的方法，获得台板毛坯板，用于后续的第二次加热、锻造成型。
[0015]进一步，步骤5)中，第二次锻造成型在成型模具中进行:锻造的始锻和终锻温度分别不低于1050°C和800°C。加热方式也可选用感应加热、电阻炉加热或燃气炉加热，保温时间为10?80min。由于第二次锻造成型模具内腔长度和宽度与滑床台板毛坯板的长度和宽度一致，所以在二次锻造过程，金属流动的方向仅为滑床台板基材高度方向的调整，避免因覆板及其邻近基板金属流动的不均匀性而破坏结合层的结合力以及使不锈钢覆层减薄或局部减薄的现象发生。
[0016]进一步，步骤5)中的切边在第二次锻造成型后直接在热锻模中进彳丁热切，或者在第二次锻造成型后进行缓慢冷却再在冷冲模中进行冷切。
[0017]进一步，步骤6)中，为了消除最后锻造过程中产生的内应力以及改善组织的均匀性、稳定性和切削性能，滑床台板毛坯在机加工前需要在热处理炉中进行热处理，热处理温度为850?1100 °C，保温30min?80min，在空气中冷却或水中冷却；或者水冷却后再进行150?250°C，保温2?4h的回火。
[0018]进一步，除了保证台板图纸尺寸外，还需保证覆层厚度达到^1.5mm，步骤7)中的机加工时先对覆层表面进行少量的机加工，直至其表面光滑平整，然后再以加工后的覆层表面作为基准面对其他面进行机加工。
[0019]进一步，步骤8)中，滑床台板的探伤处理、缺陷处理及试验抽检的具体操作为:利用超声波和渗透探伤检测滑床台板侧面，覆层表面有无裂纹、折叠等缺陷；若检测出缺陷，则应用油漆笔标记出来，并进行修补，修补时先用砂轮机挖磨掉缺陷部位，然后用不锈钢焊条进行补焊，最后进行机加工返工处理.为了验证每一批次不锈钢双金属滑床台板是否满足要求，需要每批次抽取一块滑床台板进行检验，主要检测不锈钢覆层厚度、表面硬度、耐蚀性、剪切强度、抗弯曲试验以及结合层低倍组织，覆层厚度应不低于1.5mm，优选，覆层厚度为1.5?4.0mm;覆层洛氏硬度应在30HRC?60HRC之间；经120小时中性盐雾(NSS)试验的保护级别不低于GB/T 6461中5级的规定;剪切强度不低于210MPa;内弯和外弯试验应保证弯曲角度达到90°时，结合层和覆层无肉眼可见裂纹;结合层附近低倍组织不能有任何可见缺陷。
[0020]本发明与现有技术相比具有如下特点:
(1)本发明利用了不锈钢所具有的高耐蚀、高耐磨性能等特点，其耐蚀、耐磨以及结合层强度高于滑床台板的镀铬层；
(2)本发明利用热乳/锻成型，实现了结合面的冶金结合，结合层能够承受弯曲变形、钻孔、铣削等加工而不发生开裂、分层；
(3)本发明的不锈钢覆层厚度均匀，不易脱落；
(4)本发明价格适宜，虽略高于镀铬滑床台板，但远低于堆焊滑床台板；
(5)本发明生产效率高，不需要再做表层防锈、耐磨处理。
[0021]以下结合【具体实施方式】对本发明的详细结构作进一步描述。
【具体实施方式】
[0022]实施例1:
本实施例的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，包括以下步骤:
I)覆材、基材钢板的选材、尺寸的确定及其表面处理:覆材和基材分别选用2Crl3和Q235，并分别将厚度为1mm的覆材和厚度为120mm的基材均采用火焰切割的方式切割成相同的480mmX 310mm大小。随后将覆材和基材拟结合的平面分别进行喷丸处理。
[0023]2)将覆材和基材拟结合的平面相向地叠放在一起，并将两者结合缝的四周外围堆焊一层金属材料，得到叠层双金属板:采用熔化极气体保护焊的方法，使用直径为Φ 1.6mm的308L不锈钢焊条对覆材和基材叠合在一起时的结合缝四周进行堆焊，焊脚尺寸为6mm，同时对覆材和基材进行标记，便于快速识别覆材和基材。
[0024]3)叠层双金属板进行第一次乳制成型:采用电阻炉加热的方式，将叠层双金属板加热到1150°C，保温150min后，送入乳机中沿长度方向进行乳制，完毕后进行缓慢冷却，乳制比为3.25。
[0025]4)双金属板切割成台板毛坯板:乳制后的双金属板冷却至室温后，将其进行火焰切割成8块双金属板，切割后双金属板的平面尺寸(长度X宽度)稍大于客专滑床台板图纸的尺寸，即 370mm X 160mm。
[0026]5)第二次锻造成型及切边，得到滑床台板的毛坯:将切割好的双金属板毛坯采用电阻炉加热的方式进行重新加热，保温50min后，在成型模具中进行第二次锻造成型。第二次锻造成型的始锻和终锻温度分别为1150°C和850°C，再经热锻模热切后，缓冷得到双金属复合材料道岔滑床台板毛坯。
[0027]此外，在上述步骤3)和步骤5)的乳制和锻造成型过程中，需用红外线测温仪时刻测量双金属板的温度，若双金属板的温度低于850°C时，则需立即停止乳制或锻造，并放入电阻加热炉中进行加热、保温，在温度超过850 °C时，才可以进行乳制或锻造。
[0028]6)毛坯的热处理:滑床台板毛坯在机加工前需要在热处理炉中进行热处理，热处理温度为950°C，保温lh，在空气中冷却。
[0029]7)毛坯的机加工处理:按照时速350公里客运专线铁路60kg/m-42号钢轨道岔客专线(07)001-V-29-3滑床台板的图纸对其毛坯进行机械加工，先对覆材表面进行铣削加工平整后，再以覆层加工后的表面作为基准面对其他面进行加工。
[0030]8)台板进行探伤、缺陷处理及试验抽检:将对机加工后的滑床台板依次进行探伤处理、缺陷处理及试验抽检过程。
[0031]利用超声波和渗透探伤检测滑床台板侧面，覆层表面有无裂纹、折叠等缺陷，若检测出缺陷应用油漆笔标记出来，并进行修补。
[0032]实施例2:
与实施例1相比，本实施例的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，存在以下不同:
步骤I)中，覆材和基材分别选用ICr 18Ni9和20钢，并分别将厚度为6mm的覆材和厚度为80mm的基材均采用火焰切割的方式切割成300mm X 135mm大小。随后将覆材和基材拟结合的平面分别进行少量的铣削加工。
[0033]步骤2)中，采用熔化极气体保护焊的方法，使用直径为Φ1.2mm的308L不锈钢焊条对覆材和基材叠合在一起时的结合缝四周进行堆焊，焊脚尺寸为5mm，同时对覆材和基材进行标记，便于快速识别覆材和基材。
[0034]步骤3)中的加热方式为感应炉加热，加热温度为IlOOcC，保温时间为15min，送入压力机工作台上沿长度方向进行锻打，完毕后进行缓慢冷却，锻造比为2.5。
[0035]步骤4)中，锻造后的双金属板冷却至室温后，将其进行火焰切割成2块双金属板，切割后每块双金属板的平面尺寸(长度X宽度)稍大于客专滑床台板图纸的尺寸，即:310mmX155mm0
[0036]步骤5)中，将切割好的双金属板重新采用感应加热的方式进行加热，并在成型模具中进行第二锻造成型。第二次锻造成型的始锻和终锻温度分别为1100°C和800°C，加热保温时间为lOmin。锻后缓冷得到双金属复合材料道岔滑床台板毛坯。
[0037]此外，在上述步骤3)和步骤5)的锻造成型过程中，需用红外线测温仪时刻测量双金属板的温度，若双金属板的温度低于800°C时，则需立即停止锻造，并放入加热炉中进行加热、保温，在温度超过800 °C时，才可以进行锻造。
[0038]步骤5)中，在第二次锻造成型后进行缓慢冷却，再在冷冲模中进行切边。
[0039]步骤6)中，滑床台板毛坯在机加工前需要在热处理炉中进行热处理，热处理温度为1050°C，保温50min，在水中冷却。
[0040]步骤7)中，按照时速250公里客运专线铁路60 kg/m_18号钢轨道岔客专线(07)004-ΙΠ-23滑床台板的图纸对其毛坯进行机械加工，先对覆材面进行铣削加工平整后，再以覆层加工后的表面作为基准面对其他面进行加工。
[0041]最后在步骤8)中，还将对机加工后的滑床台板依次进行探伤处理、缺陷处理及试验抽检过程。
[0042]利用超声波和渗透探伤检测滑床台板侧面，覆层表面有无裂纹、折叠等缺陷，若检测出缺陷应用油漆笔标记出来，并进行修补。
[0043]实施例3:
与实施例1相比，本实施例的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，存在以下不同:
步骤I)中，覆材和基材分别选用lCrl8Nil2Mo2Ti和20Cr，并分别将厚度为5mm的覆材和厚度为50mm的基材均采用火焰切割的方式切割成300mm X 140mm大小。随后将覆材和基材拟结合的平面各自进行喷丸处理。
[0044]步骤2)中，采用熔化极气体保护焊的方法，使用直径为Φ1.2mm的308L不锈钢焊条对覆材和基材叠合在一起时的结合缝四周进行堆焊，焊脚尺寸为5mm，同时对覆材和基材进行标记，便于快速识别覆材和基材。
[0045]步骤3)中的加热方式为燃气炉加热，加热温度为1200°C，保温时间为60min，送入压力机工作台上沿长度方向进行锻打，锻造比为1.8。
[0046]步骤4)中将一次锻造后的双金属板直接采用热切割的方式按照148_的长度直接进行高温状态下的锻造切割，获得两块平面尺寸均为255mmX 148mm的双金属板。
[0047]步骤5)中，将步骤4)中获得的双金属板毛坯直接在成型模具中进行第二锻造成型。第二次锻造成型的始锻和终锻温度分别为1200°C和900°C，锻后缓冷得到双金属复合材料道岔滑床台板毛坯。
[0048]此外，在上述步骤3)和步骤5)的锻造成型过程中，需用红外线测温仪时刻测量双金属板的温度，若双金属板的温度低于900°C时，则需立即停止锻造，并放入加热炉中进行加热、保温，在温度超过900 °C时，才可以进行锻造。
[0049]步骤5)中，在第二次锻造成型后进行缓慢冷却，切边在冷冲模中进行的。
[0050]步骤6)中，滑床台板毛坯在机加工前需要在热处理炉中进行热处理，热处理温度为1100 °C，保温Ih，在水中冷却，然后再在热处理炉中进行180 °C，保温3h的回火。
[0051]步骤7)中，按照60kg/m钢轨道岔专线4232-37滑床台板的图纸对其毛坯进行机械加工，先对覆材面进行铣削加工平整后，再以覆层加工后的表面作为基准面对其他面进行加工。
[0052]最后在步骤8)中，还将对机加工后的滑床台板依次进行探伤处理、缺陷处理及试验抽检过程。
[0053]利用超声波和渗透探伤检测滑床台板侧面，覆层表面有无裂纹、折叠等缺陷，若检测出缺陷应用油漆笔标记出来，并进行修补。
[0054]若滑床台板结合层或表面有缺陷需要进行修补，修补时先用砂轮机挖磨掉缺陷部位，然后用不锈钢焊条进行补焊，最后进行机加工返工处理。
[0055]采用本发明所述的双金属复合材料道岔滑床台板，利用了不锈钢的先天耐磨、耐蚀性能优势，其不锈钢覆层厚度达到1.8?3.0mm，覆层表面的硬度达到了 35HRC?55HRC之间，经120小时中性盐雾(NSS)试验的保护级别达到了GB/T 6461中的6?8级。结合面附近低倍组织不存在任何缺陷，其结合面的剪切强度达到210MPa以上，弯曲90°结合层不开裂，性能也远优于镀铬滑床台，价格低于堆焊滑床台。
【主权项】
1.生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)覆材、基材钢板的选材、尺寸的确定及其表面处理； 2)将覆材和基材拟结合的平面相向地叠放在一起，并将两者结合缝的四周外围堆焊一层金属材料，得到叠层双金属板； 3)叠层双金属板进行第一次乳制/锻造成型，获得覆材和基材成冶金结合的双金属板； 4)双金属板切割至其平面尺寸与台板毛坯平面尺寸相当的台板毛坯板； 5)双金属板经第二次锻造成型及切边得到滑床台板毛坯； 6)毛坯的热处理； 7)毛坯的机加工； 8)台板进行探伤、缺陷处理及试验抽检。2.根据权利要求1所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:步骤I)中，基材选用碳素结构钢或低、中碳钢/低、中碳合金钢，覆材选用Cr系不锈钢或Cr-Ni系不锈钢。3.根据权利要求1所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:步骤I)中，将覆材和基材采用火焰切割的方式切割成相同的平面尺寸，随后将覆材和基材拟结合的平面各自进行喷丸、铣削。4.根据权利要求1所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，步骤2)中堆焊采用不锈钢焊条进行堆焊，焊脚尺寸为5?6mm，焊接时焊缝不超过覆层表面，堆焊后对覆材和基材进行标记。5.根据权利要求1所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:步骤3)中的乳制/锻造方式为乳制或自由锻。6.根据权利要求5所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:步骤3)中，加热方式可选用感应加热、电阻炉加热或燃气炉加热，乳制/锻造的始乳/始锻温度为1050?1200°C，保温时间为15?160min;乳制/锻造的终锻温度800?900°C，乳制/锻造比为1.5?3.5。7.根据权利要求1所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:步骤4)中在第一次乳制/锻造完毕后，直接采用锻造热切的方式，或者经慢冷却后采用机加工切割或火焰切割的方法，获得台板毛坯板。8.根据权利要求1所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:步骤5)中第二次锻造成型在成型模具中进行，第二次锻造成型过程可在第一次乳制/锻造成型以及锻造热切过程结束后立即进行，或在第一次乳制/锻造完毕缓慢冷却后经机加工切割或火焰切割过程结束后重新加热进行;锻造的始锻和终锻温度分别不低于1050°C和800°C。9.根据权利要求1所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:步骤6)中热处理的加热温度为850?1100°C，保温30min?80min，在空气中冷却或水中冷却;或者水冷却后再进行150?250°C，保温2?4h的回火。10.根据权利要求1所述的生产双金属复合材料道岔滑床台板的乳制/锻造方法，其特征在于:步骤7)中的机加工需先对覆层表面进行少量的机加工直至其表面平整，然后以加工后的覆层表面作为基准面对其他面进行机加工。
【文档编号】B21J5/00GK105921674SQ201610350516
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】丁志敏, 刘皓, 罗震, 刘志超, 梁博, 陈影, 柳堂明, 柳长波
【申请人】大连交通大学, 中国铁建重工集团有限公司, 株洲市亿达铸业有限责任公司