专利名称：道岔尖轨热处理方法
技术领域：
本发明属于钢轨热处理技术，尤其涉及用中频感应加热的道贫尖轨热处理技术。
随着铁路运输事业的迅猛发展，钢轨需适应高速、重载和大运量的使用要求。因此，国内外对钢轨热处理技术进行了开发，生产出具有高强度各类钢轨，以满足铁路运输的需要，相应地，对铁路道岔用的尖轨之类的特殊钢轨也提出了高强韧的性能要求。
道岔尖轨因其轨头断面是变化的，这将给热处理带来较大难度。在现有技术中，常用的热处理方法为先用中频感应加热道岔尖轨的轨头到淬火温度，然后用水和压缩空气的混合物进行喷雾冷却(简称雾淬火工艺)。该工艺存在如下不足①雾是水和空气的混合物，易受空气压力和水流量波动的影响，国内外长期实践证明，喷雾冷却时所存在的不稳定“喘气”现象始终难于克服。上述原因将影响淬火工艺的稳定性和产品性能;②喷雾冷却对控制冷却范围较为困难，尤其对特殊钢轨更需改变其冷却范围和部位，以适应其轨头断面的变化;③喷雾对控制冷却速度不够灵活，且终止冷却后还存在滞后现象，不利于控制和直接影响产品性能。也有采用单一介质压缩空气进行喷风冷却(简称风淬工艺)的，但因喷风的冷却速度较小，不能适应轨头断面较大时的淬火冷却，导致淬火层深度偏浅。同时，由于压缩空气耗量过大，将相应增加投资和成本。
本发明的目的是①采用稳定的单一介质，可克服喷雾的“喘气”现象和滞后现象;②采用多种单一介质的配合使用，以适应断面的变化，提高产品质量;③减少压缩空气耗量，降低产品成本。
本发明所提供的生产高强度特殊钢轨的热处理方法，其步骤是先将道岔尖轨用中频感应加热装置对其轨头加热至预定的热处理温度，一般是800～1020℃，然后空冷到预定温度，一般是700～820℃，以使钢轨头部温度均匀，并有利于适当加深硬化层和减少冷却介质耗量。随后，用配置在钢轨头部周围的喷水冷却装置，将10～45℃的温水喷向钢轨头，使其以4.5～17.5℃/S的冷却速度冷却到650～500℃。接着，用配置在钢轨头部周围和仅在轨头踏面的两组喷风装置将压缩空气喷向钢轨头部，使其以0.5～12.5℃/S的冷却速度冷却到550～300℃，从而保证钢轨头部表面向里至10～20mm范围内获得硬度均匀下降的细珠光体组织，其维氏硬度为400～306(布氏硬度390～300HB)。喷风冷却后的轨头温度的确定，不仅要考虑所获得的金相组织，还要使轨头与轨底间保持一定的温度差，以控制其热弯曲变形量。随后，再用二次喷水装置补充冷却轨头，使其温度降至350～100℃，最后空冷至室温。
在整个热处理过程中，道岔尖轨相对于热处理装置单向连续运动，其速度可达0.4～1.2m/min。
以上工艺简称为“先水后风”淬火工艺。它适合于轨头断面较大的部位。当轨头断面较小时，则采用“全风淬火”工艺。即关闭喷水装置和关闭轨头两侧的喷风装置并开启一维喷风装置，仅喷风冷却轨头上部。
采用本发明可达到如下效果①由于本发明所采用的是先水后风工艺，均是单一介质，操作者易于控制和调节。因此工艺稳定性好，可保证淬火质量。
②随着轨头断面的变化，淬火工艺也随之变化，两种工艺的有机配合，改善热处理质量。
③可按轨头断面的变化，调整冷却范围和调节冷却速度，因此压缩空气消耗量可节约30～55%。
本发明可用于各种型号、材质的道岔尖轨和其它特殊变断面钢轨的热处理。
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1 本发明所述方法的实例侧视2 三维喷风装置喷冷图(轨头宽度≥35mm时)图3 轨头宽度＜35mm时，三维喷风装置的使用状况图4 一维喷风装置安装5 道岔尖轨热处理后的横截面上硬度分布曲线图6 60AT尖轨热处理后的横截面上布氏硬度值。
图1为本发明的实施例。淬火机床以0.4～1.2m/min的速度将道岔尖轨1连续单向地送入热处理装置中进行热处理。加热装置2为中频感应加热器，它仅罩在尖轨头部，利用所产生的感应电流将轨头加热到800～1020℃。喷水冷却装置3，配置在尖轨头部周围。喷风装置4配置在轨头周围，为三维喷风装置(见图2);喷风装置5配置在轨头踏面，为一维喷风装置(见图4)，用于轨头断面较小时。二次喷水冷却装置6用于补充冷却轨头，以减小轨头与轨底间的温差，达到控制尖轨热变形量的目的。
实施例60AT尖轨其化学成分为0.74%C，0.26%Sl，1.24%Mn，0.018%S，0.027%S，其余为铁和微量元素。尖轨在0.62～0.78m/min的移送速度下，用本发明进行下列条件的热处理先用中频感应加热装置加热轨头踏面到880℃，随后空冷到750℃;然后进行淬火冷却，冷却条件分别为当轨头宽度≥35mm时，喷水装置以15℃水喷向尖轨头部，使其以11.2℃/S的冷却速度降至582℃;喷风装置将压缩空气喷向轨头，使其以3.4℃/S的冷却速度冷却到378℃;再空冷约2min，最后用二次喷水装置补充冷却轨头，使其降至210℃。当轨头宽度＜35mm时，喷风装置用压缩空气喷吹轨头，使其以4.5℃/S(前段)的冷却速度冷却到543℃，再以7.6℃/S(后段)的冷却速度冷却到315℃，空冷约1.5min，最后用二次喷水装置补充冷却到180℃。尖轨按此法热处理后的机械性能为σb＝1281.2MPa，σ0.2＝865.9MPa，δ5＝14.3%，硬化层深度≥12mm，轨头截面上各点布氏硬度分度见图6。在11.3m尖轨上，沿长度方向的变形量为42mm。
权利要求
1.一种生产高强度道岔尖轨的热处理方法，其特征是①将道岔尖轨用中频感应加热装置加热至800～1020℃；②空冷到700～820℃；③用喷水装置将10～45℃的水喷向轨头，使其以4.5～17.5℃/S的冷却速度冷至650～500℃；④用喷风装置将压缩空气喷向轨头，使其以0.5～12.5℃/S的冷却速度降至550～300℃。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征是当轨头宽度小于35mm时，则上述步骤的第三、四步以全喷风替代，且只对轨头上部喷风冷却。
3.根据权利要求1或2所述的热处理方法，其特征是在喷风冷却后，要求轨头与轨底间保持一定的温度差。然后，再用二次喷水装置补充冷却轨头，使其温度降至350～100℃。
4.根据权利要求1或2所述的热处理方法，对化学成分为0.74%C，0.26%Sl，1.24%Mn，0.018%P，0.027%S的60AT尖轨，在0.62～0.78m/min的移送速度下，其热处理工艺为加热温度为880℃，随后空冷到750℃，当轨头宽度≥35mm时喷水冷却以11.2℃/S的冷却速度使轨头温度降至582℃，再用压缩空气冷却，以3.4℃/S的冷却速度，使其降至378℃，空冷约2min，最后再喷水冷却，使其降至210℃。当轨头宽度＜35mm时，空冷至750℃后，即用压缩空气冷却，在750～543℃范围内，冷却速度为4.5℃/S，在542～315℃范围内，冷却速度为7.6℃/S，然后空冷约1.5min，最后喷水冷却至180℃。
全文摘要
本发明属于钢轨热处理技术，尤其涉及一种高强度道岔尖轨的热处理方法。其步骤是先将道岔尖轨用中频感应加热装置加热至淬火温度。然后根据钢轨断面的变化，选择水冷、压缩空气冷却或者采用全压缩空气冷却。最后采用二次喷水冷却。采用该方法进行热处理，具有工艺稳定、操作简便、变形量小、质量好等特点。本发明可用于各种型号、材质的道岔尖轨和其它特殊变断面钢轨的热处理。
文档编号C21D9/04GK1102216SQ9311878
公开日1995年5月3日 申请日期1993年10月26日 优先权日1993年10月26日
发明者郑体成, 吴德强, 王业科, 李致云, 查富和, 周全宇 申请人:冶金工业部重庆钢铁设计研究院