专利名称：高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路路轨紧固件的表面处理方法，具体涉及一种采用稀土共渗工艺对铁路路轨紧固件进行表面防腐处理的方法。
背景技术：
高速、普通铁路路轨及轨距挡板每公里多达2万件，道钉螺栓8800件，常因大气及雨水腐蚀而产生锈蚀，导致早期失效，造成行车安全隐患，故日常维修量大，任务繁重，因此急需进行高质量的表面防腐处理，防止产生锈蚀，提高强度，延长使用寿命，提高行车安全系数。
表面防锈蚀处理方法很多，经铁路部门使用考核以表面渗氮处理较为可靠，把40Cr钢制造的调车场用减速顶经渗氮处理，已成功应用多年。目前还有应用以渗氮为主的多元共渗专用技术，处理后的紧固件已在铁道部获得应用。但尚存在如下问题a、产品防腐锈蚀能力较差，有效防腐期较短；b、表面防腐层硬度低，力学性能差，抗磨损能力差，从而造成产品综合性能不高等缺陷。
路轨常年日晒雨淋，冬冷夏热，行车时钢轨将产生弹性跳动使紧固件承受震动型摩擦，不等幅的交变振动疲劳应力，瞬时冲击咬合磨损等复杂外力作用。因此要求紧固件经表面处理后有足够高的硬度，良好的抗磨损性与抗咬合、抗冲击、抗疲劳性能。而锈蚀将使这些性能大幅度下降，导致安全隐患。
铁路的首要问题是保证100％行车安全，特别是北方冬天冷至零下40℃，钢材还可能产生冷脆。为此紧固件采用具有高韧性的Q235A优质低碳钢，此种低碳钢采用常规渗氮表面处理后虽然防腐性能可以满足要求，但表面硬度偏低，其他力学性能难以达到要求，即综合性能达不到要求。
当前新型的超高速铁路所用防松紧固件设计寿命10年，要求更加严格。
发明内容
为了使紧固件达到高的综合性能指标，确保达到10年设计寿命，本发明提供一种高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法，具体处理方法如下将低温气体渗氮炉升高温度至570～680℃，然后将Q235A低碳钢置于低温气体渗氮炉中，通入甲醇排空炉内空气，30～60分钟后将含有稀土渗剂的甲醇或乙醇溶液和氨气同时滴入渗氮炉中进行稀土共渗，控制氨气与甲醇或乙醇的气体体积比为1～2∶1，处理时间为2～6小时，最后出炉、冷却。
本发明采用稀土共渗的方法对Q235A钢紧固件进行表面处理，相同工艺条件下，加入稀土后a、可以加速渗速，使渗速提高20～40％；b、渗层氮碳化合物沉淀呈更加细小弥散析出，使组织性能进一步改善；c、表面渗层白亮层致密使疏松大为减轻，加上稀土的作用抗腐蚀性能更好；d、表面渗层白亮层硬度相对提高威氏硬度HV100～200单位而且无脆性。以上可见，加入稀土可以使紧固件处理后综合技术性能有较大幅度提高。Q235A钢紧固件经本发明工艺处理后可达到如下效果1、表面化合物层(俗称不受腐蚀白亮层)与不加稀土相比，不仅致密度增加而且厚度也增加；2、表面化合物层与不加稀土相比，厚度提高约15～20％，且不易出现表面疏松，过度区也增厚20～30％；3、表面化合物层硬度用50g载荷HV50g威氏硬度高达600以上，与不加稀土相比提高100～200个单位，截面显微硬度分布与不加稀土相比，不仅威氏硬度值高，而且硬化层更深；4、加稀土后表面化合物层不仅层厚致密、硬度高，抗粘着、抗咬合磨损性能好，摩擦系数低，抗压与抗塑性变形性强，而且韧性优良，在承受弯曲与冲击时不产生剥落掉皮及裂纹，具有经久耐用与承受各种外力作用的抗力；5、由于表面化合物层稀土渗入微合金化的效果，不仅使化合物致密性增加，同时也使防大气雨水腐蚀性能远比普通渗氮的高出许多。
综上所述，由于外表面化合物层的层深、致密性、表面硬度均有较大幅度提高，因而紧固件的抗腐蚀性、耐磨性、抗咬合、抗交变疲劳应力的抗力均得到同步较大幅度提高，即综合性能比其他表面处理明显提高，而且处理工艺简便，成本低廉。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式的高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法如下将低温气体渗氮炉升高温度至570～680℃，然后将Q235A低碳钢工件置于低温气体渗氮炉中，待工件温度达到炉内温度后通入甲醇排空炉内空气，30～60分钟后将含有稀土渗剂的甲醇或乙醇溶液和氨气同时通入渗氮炉中进行稀土共渗，控制氨气与甲醇或乙醇的气体体积比为1～2∶1，处理时间为2～6小时，最后出炉、冷却。
本实施方式中，所述稀土渗剂占醇溶液体积的1～5％，其中所述稀土渗剂由1～4wt.％稀土、30～40wt.％乙二胺或甲酰胺、15～20％wt.％尿素、15～20％wt.％双氢胺、20～30wt.％甲醇或乙醇组成。
本实施方式中，所述稀土为无机稀土盐，具体为以La和/或Ce为主体的无机稀土盐。
本实施方式中，所述冷却方式为油冷或通风冷却。
具体实施例方式
二本实施方式中，所述稀土渗剂由3wt.％稀土、40wt.％乙二胺或甲酰胺、17％wt.％尿素、20％wt.％双氢胺、20wt.％甲醇或乙醇组成。
具体实施例方式
三本实施方式中，所述稀土渗剂由1wt.％稀土、30wt.％乙二胺或甲酰胺、20％wt.％尿素、19％wt.％双氢胺、30wt.％甲醇或乙醇组成。
具体实施例方式
四本实施方式中，所述稀土渗剂由4wt.％稀土、35wt.％乙二胺或甲酰胺、15％wt.％尿素、16％wt.％双氢胺、30wt.％甲醇或乙醇组成。
具体实施例方式
五东北某铁路局高速铁路长轨(50公里)与水泥枕木紧固螺栓Φ20×200mm及螺帽，过去未经防锈处理就应用，常因锈蚀造成行车隐患，日常维修工作量大、费用高，提出需进行防腐处理。
本实施方式是在原哈尔滨工业大学科技成果《稀土共渗热处理新技术》(曾获1990年度国家科技发明二等奖)基础上不断深入研究开发出系列新工艺，选用其中一种用于处理铁路紧固件。在120KW井式气体渗氮炉中在650℃×4h按照本发明方法进行稀土、N、C为主体的多元共渗，处理完毕于油中冷却。其中稀土渗剂由3wt.％稀土、40wt.％乙二胺或甲酰胺、17％wt.％尿素、20％wt.％双氢胺、20wt.％甲醇组成，氨气与甲醇的体积比为2∶1。
处理结果表面化合物层分两层总深达40～60μm，用威氏硬度检测脆性压痕完整无脆性，经弯曲、锤击、静压螺纹均未出现任何剥落与裂纹，即表面化合物层在经弯曲、压缩、锤击作用下有很高的韧性与附着力。表面威氏硬度高达HV50g600以上，次表层HV100400以上，过度区HV100266～200，心部HV100185。用300℃×1h回火测层深，总深度0.7～0.9mm，比常规处理0.4～0.5mm高出很多。抗腐性能用标准盐雾实验法，常规1～2天出现锈蚀，本实验在70％盐酸溶液中6周仍未出现锈蚀。
权利要求
1.高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法，其特征在于所述方法为将低温气体渗氮炉升高温度至570～680℃，然后将Q235A低碳钢工件置于低温气体渗氮炉中，通入甲醇排空炉内空气，30～60分钟后将含有稀土渗剂的甲醇或乙醇溶液和氨气同时通入渗氮炉中进行稀土共渗，控制氨气与甲醇或乙醇的气体体积比为1～2∶1，处理时间为2～6小时，最后出炉、冷却。
2.根据权利要求1所述的高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法，其特征在于所述稀土渗剂占醇溶液体积的1～5％。
3.根据权利要求2所述的高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法，其特征在于所述稀土渗剂由1～4wt.％稀土、30～40wt.％乙二胺或甲酰胺、15～20％wt.％尿素、15～20％wt.％双氢胺、20～30wt.％甲醇或乙醇组成。
4.根据权利要求3所述的高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法，其特征在于所述稀土为无机稀土盐。
5.根据权利要求4所述的高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法，其特征在于所述无机稀土盐为以La和/或Ce为主体的无机稀土盐。
6.根据权利要求1所述的高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法，其特征在于所述冷却方式为油冷或通风冷却。
全文摘要
高速铁路路轨紧固件稀土共渗防腐表面处理方法，涉及一种铁路路轨紧固件的表面处理方法。为了使紧固件达到高的综合性能指标，确保达到10年设计寿命，本发明具体处理方法如下将低温气体渗氮炉升高温度至570～680℃，然后将Q235A低碳钢工件置于低温气体渗氮炉中，通入甲醇排空炉内空气，30～60分钟后将含有稀土渗剂的甲醇或乙醇溶液和氨气同时通入渗氮炉中进行稀土共渗，控制氨气与甲醇或乙醇的气体体积比为1～2∶1，处理时间为2～6小时，最后出炉、冷却。本发明处理工艺简便，成本低廉。
文档编号C23C8/80GK1888122SQ20061001032
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月26日 优先权日2006年7月26日
发明者刘志儒, 闫牧夫 申请人:哈尔滨市东方刃具厂