专利名称：铁路高速重轨激光淬火硬化工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于激光淬火技术领域，特别涉及铁路高速重轨激光淬火硬化工艺。
背景技术：
铁路是关系到国计民生的重要交通设施，钢轨是铁路轨道的重要组成部分， 直接承受列车载荷并引导车轮运行，因此钢轨的质量是非常重要的。在列车行 驶中，钢轨的内侧面由于受到车轮的撞击和摩擦的双重作用，其磨损相当严重，
特另ij^M^径iS^界MI^尤为重要。随着铁路上^:牵弓^的增加，车轮和 钢轨之间的磨损问题更加严重。每年因磨损损坏而必须更换的轨道的数量是相 当大的。因此，提高钢轨的耐磨性，延长钢轨的使用寿命和更换周期，从而可 达到节省资源、降低成本、提高经济效益的目的。
目前，世界上强化钢轨的方法主要有两种 一是合金强化，二是热处理强
化。我国铁路在20世纪80年代前基本使用U71Mn和U74钢轨。为解决这两种 钢轨寿命短的问题，铁道、冶金部门通过合金强化的方法联合开发了 PD2、 PD3 和稀土轨。现在大多数厂家都采用中国铁道科学研究院20世纪90年代末开发 的中频感应加热淬火技术对钢辊进行强化处理。美国阿贡国家研究所推出了用 激光降低铁表面摩擦的技术，该技术应用于铁轨，可减少铁轨与车轮的摩擦。 国内也有不少学者对钢轨进行了圆形光斑激光淬火处理实验，但未见实际应用 的报道。
发明内容
本发明的目的是提供铁路高速重轨激光淬火硬化工艺。
其具体工艺过程如下
(1) 用汽油或酒精去油、去污溶剂去除钢轨表面油污和锈，然后用砂纸打磨 钢轨表面进一步去除污物，以便于均匀喷涂吸光涂层。
(2) 用喷枪或刷子将与粘接剂混合均匀好的Si02吸光涂料均匀地涂在钢轨 表面，以提高金属表面对C(V激光的吸收率，涂料与粘接剂的配比为80 100g Si02 + 500 600ml酒精+ 15ml漆片，预涂厚度为0.02 0.05mm。
(3) 风千涂层。
(4)用DL-HL-10000型C02激光器快速扫描涂有吸光涂层的钢轨表面，使 钢轨表面实现快速加热和冷却。 具体工艺参数如下 激光功率为1.5 10kW
用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长><宽= 30mmX lmm
搭接宽度为0.5 lmm 扫描速度V=200 1000mm/min
本发明在于利用高功率co2激光器通过选取合适的的激光淬火硬化工艺参
数，实现硬金化层和钢轨基体的良好的冶金结合。激光淬火技术是利用聚焦后 的激光束照射到钢铁材料的表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移 开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体 相变点以下，获得淬硬层。从而增加工件的使用寿命并降低材料损耗。其相对 于中频感应加热淬火的优点是加热速度快、淬火硬度高、工件变形小、淬火部 位可控、不需淬火介质、生产率高、无氧化、无污染。
淬硬层组织为高碳马氏体、细晶混合马氏体和少量奥氏体。激光淬火造成 组织细化，并形成大量高碳马氏体，从而提高硬度，有效抑制表层的快速磨损。 本发明由于采用宽带光束模式不仅可以增加淬硬带的宽度，而且激光束斑快速 局部摆动可使硬化层表面温度的最高点快速变化，导致合硬化区中央区域的温
度梯度下降，硬化层组织和性能得到很好的改善。用该方法对70MnV钢轨进行 激光淬火硬化处理后，可得到厚度为0.5 lmm，硬度为800 1100HV的硬化层。
利用激光淬火强化的方法可用普通铁路钢轨材料取代高合金重轨，从而降 低钢轨成本；也可修复失效钢轨，减少材料浪费，带来较大经济效益。
具体实施方式
实施例一
用汽油去油、去污溶剂去除钢轨表面油污和锈，然后用砂纸打磨钢轨表面 进一步去除污物，便于均匀喷涂吸光涂层；然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合 均匀的Si02吸光涂料均匀地涂在钢轨表面，以提高金属表面对CCV激光的吸收 率，预涂厚度为0.02mm;待涂层风干后打开DL-HL-10000型C(V激光器，快速 扫描钢轨表面，使钢轨表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下激光功 率P4.7kW，带宽尺寸为长X宽二30mmXlmm,搭接宽度为0.5mm，扫描速度 V=300mm/min。
实施例二
用酒精去油、去污溶剂去除钢轨表面油污和锈，然后用砂纸打磨钢轨表面
进一步去除污物，便于均匀喷涂吸光涂层；然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合 均匀的Si02吸光涂料均匀地涂在钢轨表面，以提高金属表面对C02激光的吸收 率，预涂厚度为0.03mm;待涂层风干后打开DL-HL-10000型032激光器，快速 扫描钢轨表面，使钢轨表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下激光功 率P=5kW，带宽尺寸为长X宽二30mmXlmm，搭接宽度为0.7mm，扫描速度 V=500mm/min。 实施例三
用酒精去油、去污溶剂去除钢轨表面油污和锈，然后用砂纸打磨钢轨表面 进一步去除污物，便于均匀喷涂吸光涂层；然后用喷枪或刷子将与粘接剂混合 均匀的Si02吸光涂料均匀地涂在钢轨表面，以提高金属表面对CCV激光的吸收 率，预涂厚度为0.04mm;待涂层风干后打开DL-HL-10000型C(V激光器，快速 扫描钢轨表面，使钢轨表面实现快速加热和冷却。具体工艺参数如下激光功 率P=7kW，带宽尺寸为长X宽二30mmXlmm，搭接宽度为0.8mm，扫描速度 V=700mm/mino
权利要求
1、铁路高速重轨激光淬火硬化工艺，其特征是(1)用汽油或酒精去油、去污溶剂去除钢轨表面油污和锈，然后用砂纸打磨钢轨表面进一步去除污物，以便于均匀喷涂吸光涂层；(2)用喷枪或刷子将与粘接剂混合好的SiO2吸光涂料均匀地涂在钢轨表面，以提高金属表面对CO2激光的吸收率，涂料与粘接剂的配比为80～100g SiO2+500～600ml酒精+15ml漆片，预涂厚度为0.02～0.05mm；(3)用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长×宽＝30mm×1mm；(4)用DL-HL-10000型CO2激光器快速扫描钢轨表面，使钢轨表面实现快速加热和冷却；具体工艺参数如下激光功率为1.5～10kW带宽尺寸为长×宽＝30mm×1mm搭接宽度为0.5～1mm扫描速度V＝200～1000mm/min。
全文摘要
铁路高速重轨激光淬火硬化工艺，包括(1)用汽油或酒精去油、去污溶剂去除钢轨表面油污和锈，然后用砂纸打磨钢轨表面进一步去除污物，以便于均匀喷涂吸光涂层。(2)用喷枪或刷子将与粘接剂混合好的SiO<sub>2</sub>吸光涂料均匀地涂在钢轨表面，以提高金属表面对CO<sub>2</sub>激光的吸收率，涂料与粘接剂的配比为80～100g SiO<sub>2</sub>+500～600ml酒精+15ml漆片，预涂厚度为0.02～0.05mm。(3)用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成矩形光斑，其带宽尺寸为长×宽＝30mm×1mm。(4)用DL-HL-10000型CO<sub>2</sub>激光器快速扫描钢轨表面，使钢轨表面实现快速加热和冷却。利用激光淬火强化的方法可用普通铁路钢轨材料取代高合金重轨，从而降低钢轨成本；也可修复失效钢轨，减少材料浪费，带来较大经济效益。
文档编号C21D1/09GK101109034SQ200710012480
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月16日 优先权日2007年8月16日
发明者于恩洪, 孙桂芳, 陶兴启, 黄旭东 申请人:沈阳大陆激光成套设备有限公司