专利名称：一种铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料及其制备方法
技术领域：
本发明属材料技术领域，具体涉及一种铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料及其制备方法。
背景技术：
铁路钢轨鱼尾螺栓连接件易松动脱落，严重影响列车运行安全。目前国内少数铁路局引进了美国哈克公司生产的哈克螺栓或斯比劳止退螺母。但是这种哈克螺栓存在可靠性差、成本太高、安装拆卸需用专用设备、不能被反复使用等诸多问题。斯比劳螺母存在紧固力较小，拆卸不方便，不能被反复使用等缺点。基于上述原因，寻求一种成本低，稳定性良好，易加工，螺栓紧固件形状简单，便于安装和拆卸，紧固力达到铁道部标准的铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料是该领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提出一种成本低，稳定性良好，易加工，便于安装和拆卸，紧固力达到铁道部标准的铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料。
本发明提出的铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料，由铁(Fe)、锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、碳(C)、铝(Al)、钼(Mo)等元素组成，其元素的质量百分比如下锰14.6～16.8％硅5.0～6.2％铬8.9～12.1％镍3.4～3.8％碳0.15～0.43％铝0.8～1.2％钼1.5～2.5％其余为铁。
本发明中，所述锰元素采用锰金属、锰铁合金之一种；硅采用金属硅(金属硅为一种高纯度的单质硅原料)、硅铁合金之一种；铬采用铬金属、铬铁合金之一种；镍采用电解镍；碳采用焦炭；铝采用工业纯铝；钼采用金属钼、钼铁合金之一种；铁采用工业纯铁。
本发明提出的铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料的制备方法，具体步骤如下
(1)配料按照原料配比精确称取各种原料，用配料机将大块的原料破碎为小块，块度控制在30～80毫米之间；(2)加料将含铁、锰、硅、铬、镍元素的原料放入容器中，搅拌2-5分钟，置于真空感应电炉中的坩埚中，再将含铝、碳、钼元素的原料加入坩埚中；(3)熔炼关闭炉门，抽真空，抽气速率为50-70L/s，使熔炼炉真空度达1.0×10-3～2.0×10-3mmHg止，保持此真空度不变，采用感应电流加热，使原料熔化，搅拌均匀，加热温度为1300-1500℃，时间为1～2小时，感应电流的频率为2500Hz，电压380V；(4)成型真空下熔炼浇铸，得铸棒，其中，真空度为1.0×10-3～2.0×10-3mmHg，熔炼温度为1300-1500℃；将铸棒锻造，得棒材，锻造温度为800～1000℃；(5)热处理将得到的棒材训练处理，温度为500～650℃，反复退火处理6～8次，得铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料。
本发明中，将得到铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料进行线切割、车、钻、刨、铣等后续加工步骤，得到外径48.10～48.20mm、内径24.10～24.20mm、高15.50～15.60mm的圆环状螺栓紧固件产品。
本发明在钢轨、机车车辆用螺栓联接件的防盗、防松脱零件和铁路野外设备的防盗零件中的应用，本发明的用量是相当大的，此市场极为可观。
本发明的优点如下(1)成本低，采用的是常用金属进行冶炼，成型、轧制及机加工等，后续加工简单。
(2)安装拆卸方便，在设定温度下，由于形状记忆合金自身的特性，铁基形状记忆合金螺栓紧固件的紧固力可以降低到用常用工具方便地安装和拆卸的程度。
(3)记忆合金紧固件在拆卸后经过训练处理，利用其形状记忆效应，可被反复使用。
(4)紧固力超过铁道标准50％以上，静态与动态试验结果表明，稳定性良好。
本发明将极大地保护铁路运行和铁路用外设的安全，给铁路运输带来良好的经济效益。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1元素的质量百分比如下锰14.6％硅5.0％铬8.9％
镍3.4％碳0.15％铝0.8％钼1.5％铁65.65％各原料组份配比如下(以一炉20Kg计)锰铁(含锰85％)3.435Kg硅铁(含硅75％)1.333Kg铬铁(含铬65％)2.738Kg电解镍0.680Kg焦炭 0.030Kg纯铝 0.160Kg钼铁(含钼55％)0.545Kg纯铁 11.079Kg工艺过程按上述原料比例配料，放入真空感应熔炼炉中，熔炼温度1400℃，2小时后浇棒，所得铸棒长940mm，直径60mm，铸棒在800～1000℃温度间进行锻造，得直径50mm的棒材；对棒材于500～650℃温度间进行8次的反复退火处理，使之获得较好的形状记忆效应，最后制得外径48.10mm、内径24.10mm、高15.50mm的圆环状螺栓紧固件。
实施例2元素的质量百分比如下锰16.8％硅6.2％铬12.1％镍3.8％碳0.43％铝1.2％钼2.5％铁56.97％各原料组份配比如下(以一炉20Kg计)锰铁(含锰85％)3.953Kg硅铁(含硅75％)1.653Kg
铬铁(含铬65％)3.723Kg电解镍0.760Kg焦炭 0.086Kg纯铝 0.240Kg钼铁(含钼55％)0.909Kg纯铁 8.676Kg工艺过程按上述原料比例配料，放入真空感应熔炼炉中，熔炼温度1350度，1小时后浇棒。所得铸棒长340mm，直径100mm的铸棒，铸棒在800～1000℃温度间进行锻造，得直径60mm的棒材；对棒材于500～650℃温度间进行6次的反复退火处理，使之获得较好的形状记忆效应，最后制得外径48.10mm、内径24.10mm、高15.50mm的圆环状螺栓紧固件。
实施例3元素的质量百分比如下锰15.7％硅5.6％铬10.5％镍3.6％碳0.29％铝1.0％钼2.0％铁61.31％各原料组份配比如下(以一炉20Kg计)锰铁(含锰85％)3.694Kg硅铁(含硅75％)1.493Kg铬铁(含铬65％)3.231Kg电解镍0.720Kg焦炭 0.058Kg纯铝 0.200Kg钼铁(含钼55％)0.727Kg纯铁 9.877Kg工艺过程按上述原料比例配料，放入真空感应熔炼炉中，熔炼温度1380度，1.5小时后浇棒。所得铸棒长530mm，直径80mm的铸棒，铸棒在800～1000℃温度间进行锻造，得直径55mm的棒材；对棒材于500～650℃温度间进行6次的反复退火处理，使之获得较好的形状记忆效应，制得外径48.10mm、内径24.10mm、高15.50mm的圆环状螺栓紧固件。
权利要求
1.一种铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料，其特征在于由铁、锰、硅、铬、镍、碳、铝、钼元素组成，其元素的质量百分比如下锰14.6～16.8％硅5.0～6.2％铬8.9～12.1％镍3.4～3.8％碳0.15～0.43％铝0.8～1.2％钼1.5～2.5％其余为铁。
2.根据权利要求1所述的铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料，其特征在于锰元素采用锰金属、锰铁合金之一种；硅采用金属硅、硅铁合金之一种；铬采用铬金属、铬铁合金之一种；镍采用电解镍；碳采用焦炭；铝采用工业纯铝；钼采用金属钼、钼铁合金之一种；铁采用工业纯铁。
3.一种如权利要求1所述的铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下(1)配料按照原料配比精确称取各种原料，用配料机将大块的原料破碎为小块，块度为30～80毫米；(2)加料将含铁、锰、硅、铬、镍元素的原料放入容器中，搅拌2-5分钟，置于真空感应电炉中的坩埚中，再将含铝、碳、钼元素的原料加入坩埚中；(3)熔炼关闭炉门，抽真空，抽气速率为50-70L/s，使熔炼炉真空度达1.0×10-3～2.0×10-3mmHg，保持此真空度不变，采用感应电流加热，使原料熔化，搅拌均匀，加热温度为1300-1500℃，时间为1～2小时，感应电流的频率为2500Hz，电压380V；(4)成型真空下熔炼浇铸，得铸棒，其中，真空度为1.0×10-3～2.0×10-3mmHg，熔炼温度为1300-1500℃；将铸棒锻造，得棒材，锻造温度为800～1000℃；(5)热处理将得到的棒材训练处理，温度为500～650℃，反复退火处理6～8次，得到铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料。
4.根据权利要求3所述的铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料的制备方法，其特征在于得到的材料加工成外径48.10～48.20mm、内径24.10～24.20mm、高15.50～15.60mm的圆环状螺栓紧固件产品。
5.一种如权利要求1所述的铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料在钢轨、机车车辆用螺栓联接件的防盗、防松脱零件和铁路野外设备的防盗零件中的应用。
全文摘要
本发明属材料技术领域，具体涉及一种铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料及其制备方法。由铁、锰、硅、铬、镍、碳、铝、钼元素组成，其制备方法为配料、加料、熔炼、成型、热处理，得到铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料。将得到铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料按需加工，得到圆环状螺栓紧固件产品。本发明所得铁路用记忆合金鱼尾螺栓紧固件材料在钢轨、机车车辆用螺栓联接件的防盗、防松脱零件和铁路野外设备的防盗零件中应用。本发明成本低，加工方法简单，安装拆卸方便，记忆合金紧固件在拆卸后经过训练处理，利用其形状记忆效应，可被反复使用。紧固力超过铁道标准50％以上，静态与动态试验结果表明，稳定性良好。
文档编号C21D11/00GK1804098SQ20061002311
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月5日 优先权日2006年1月5日
发明者何国球, 陈成澍, 殷作虎, 刘晓山, 朱正宇, 胡正飞, 范宋杰, 丁向群, 崔永鹏 申请人:同济大学, 无锡永新合金球铁厂(集团)