专利名称：一种复合耐磨护轨的制备方法
技术领域：
本发明涉及用于铁路道岔的护轨的制备，特别是一种复合耐磨护轨的制 备方法，该方法制备的耐磨护轨，其中含有柱状硬质点，实现了耐磨性与强 韧性的有机统一，使护轨的整体机械性能显著提高。
背景技术：
护轨是铁路道岔处必不可少的重要零件之一，其作用是保证列车经过道 岔时安全平稳通过。在某些场合(例如桥梁、隧道等)，护轨是保障列车运 行安全的关键零部件之一。目前的道岔主要由普通短钢轨制成，硬度较低， 耐磨性差，在高速行驶的列车车轮的冲击和摩擦下，护轨工作面磨损严重， 从而导致护轨使用寿命较低，这无疑增加了现场养护维修工作量和维护成 本，并且严重影响列车行车安全。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种复 合耐磨护轨的制备方法，该方法制备的复合耐磨护轨由高硬度柱状硬质点和 高韧性基体金属两部分复合而成，既具有基体金属的高强度和高韧性，又具 有硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受高冲击力和强烈磨损，具有使 用寿命长、制备工艺简单的特点。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案 一种复合耐磨护轨的制备方法，其特征在于，该方法将合金粉芯棒材 扎制成捆，布置于护轨铸型的护轨工作部分型腔内，合金粉芯棒材捆占护轨 总体积的20% 60%，然后把熔化的基体金属液浇入护轨的铸型型腔内，在基
体金属的热作用下，合金粉芯棒材发生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素与基体金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组 织，最后冷却凝固形成棒状硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，制成 以高韧性高强度的金属为基体、内含一定数量的冶金结合的棒状高硬度质点 的复合护轨。
采用本发明的方法制备的复合耐磨护轨具有以下优点-
1、 由于采用合金粉芯棒材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温 作用下，合金粉芯棒材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，与基体金属液发生 冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，縮短了 结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶 粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了镶嵌在 基体金属中的宏观上呈棒状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金过渡结 合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，耐磨性与韧性有机统 一，整体机械性能显著提高。
2、 合金粉末可根据护轨的使用要求进行配比，成分可调，适应范围广。
3、 由于合金粉芯棒材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣、气孔等 缺陷，内部组织优良。
4、 本发明的复合成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于 大规模生产。
5、 柱状硬质点为整体原位反应生成，避免堆焊复合等工艺过程中的常 常出现的开裂现象。
6、 根据护轨的使用工况，可以调节柱状硬质点在基体中的比例，柱状 硬质点(4)的直径大小和分布间距，并保证分布均匀；
7、 根据护轨的结构形式，可实现区域复合、表面复合或整体复合。
图l是复合耐磨护轨制备工艺示意图；图2是复合耐磨护轨结构剖视图。
下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施例方式
参见附图，按照本发明的技术方案，制备一定直径和合金粉末配比的 合金粉芯棒材l，以一定尺寸和一定比例的合金芯棒材扎制成捆，布置于护 轨铸型的护轨工作部分型腔内。合金粉芯棒材捆占护轨总体积的20% 60%， 然后把熔化的基体金属液浇入护轨的铸型型腔内，在基体金属的热作用下， 合金粉芯棒材发生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素与基体金属 液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组织，最后冷却凝固形成 棒状硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，制成以高韧性高强度的金属 为基体、内含一定数量的冶金结合的棒状高硬度质点的复合护轨。
上述合金粉芯棒材l直径为①lmm~010mm，其外皮为低碳钢管壁厚为 O.l-lmm，芯部为粒度为50 200目的合金粉末。
上述合金粉芯棒材l芯部的合金粉末由高碳铬铁粉构成，根据需要可添 加钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉等合金粉。
上述合金粉末也可以由碳化钨、碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅、氮 化钛粉末中的一种或几种构成。
上述基体金属3是高锰钢、低碳钢、合金钢、灰口铸铁、球墨铸铁等公 知的铸钢或铸铁中的一种。
以下是发明人给出的实施例，本发明并不限于以下实施例。 实施例l:制备高铬合金为硬质相、A3钢为基体的棒状复合耐磨护轨
1、 选用3mm直径的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1内装入 的合金粉末为高碳铬铁粉，粒度100 150目，裁剪成与护轨工作部分宽度 相同的长度；
2、 采用树脂砂按照铸造工艺要求制作护轨铸型2;3、 将合金粉芯棒材捆1扎制成捆，按照占耐磨护轨工作部分体积的50% 的比例，布置于耐磨护轨铸型2的护轨工作部分型腔中；
4、 选用A3钢作为基体金属3，用中频炉冶炼熔化后，达到160(TC出炉， 将钢液浇入耐磨护轨铸型2的型腔内，注满为止；
5、 室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成高 铬合金为棒状硬质相4、 A3钢为基体金属3的复合耐磨护轨。
当然，根据实际需要，合金粉末也可以选择高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁 粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。
实施例2:制备碳化钩为硬质相、A3钢为基体的棒状复合耐磨护轨
1、 选用5mm直径的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1内装入 的合金粉末为碳化钨合金粉，粒度150目，裁剪成与护轨工作部分宽度相同 的长度；
2、 采用树脂砂按照铸造工艺要求制作护轨铸型2;
3、 将合金粉芯棒材l，按照占耐磨护轨工作部分体积的40%的比例， 预置在耐磨护轨铸型2的护轨工作部分型腔内；
4、 选用A3钢作为基体金属3，用中频炉冶炼熔化后，达到160(TC出炉， 将钢液浇入耐磨护轨铸型2的型腔内，注满为止；
5、 室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成碳 化钨为棒状硬质相4、 A3钢组织为基体组织3的复合耐磨护轨。 实施例3:制备碳化鸨为硬质相、高锰钢为基体的棒状复合耐磨护轨
1、 选用3mm直径的合金粉芯棒材1扎制成捆，合金粉芯棒材1内装入 的合金粉末为碳化钨合金粉，粒度50~80目，裁剪成与护轨工作部分宽度相 同的长度；
2、 采用树脂砂按照铸造工艺要求制作护轨铸型2;
3、 将合金粉芯棒材1，按照占耐磨护轨工作部分体积的60%的比例，预置在耐磨护轨铸型2的护轨工作部分型腔内；
4、 选用高锰钢Mnl3作为基体金属3，用中频炉冶炼熔化后，达到1650 'C出炉，将钢液浇入耐磨护轨铸型2的型腔内，注满为止；
5、 室温冷却，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，即制成碳 化钨为棒状硬质相4、高锰钢组织为基体组织3的复合耐磨护轨。
上述实施例2、 3中，按照不同的需求，合金粉末还可以选择碳化硅、碳 化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。
上述实施例中，按照不同的需求，基体金属3还可以选择灰口铸铁或球
墨铸铁，均能够制成合格的复合耐磨护轨。
权利要求
1、一种复合耐磨护轨的制备方法，其特征在于，该方法将合金粉芯棒材扎制成捆，布置于护轨铸型的护轨工作部分型腔内，合金粉芯棒材捆占护轨总体积的20％～60％，然后把熔化的基体金属液浇入护轨的铸型型腔内，在基体金属的热作用下，合金粉芯棒材发生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素与基体金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组织，最后冷却凝固形成棒状硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，制成以高韧性高强度的金属为基体、内含一定数量的冶金结合的棒状高硬度质点的复合护轨。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯棒材为直 径①lmm ①10mm,壁厚0.1 1.0mm的低碳钢管，芯部灌装有粒度为50目 ~200目的合金粉末。
3、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为碳化钨、 碳化硅、碳化钛、氧化铝、氮化硅或氮化钛粉末中的一种或几种混合物。
4、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末为高碳铬铁粉，或者是高碳铬铁粉与钼铁粉、钨铁粉、硅铁粉、锰铁粉的混合物。
5、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述的基体金属是铸钢或 铸铁。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸钢是高锰钢、低 碳钢或合金钢。
7、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的铸铁是灰口铸铁或 球墨铸铁。
全文摘要
本发明公开了一种复合耐磨护轨的制备方法，该方法将合金粉芯棒材扎制成捆，布置于护轨铸型的护轨工作部分型腔内，合金粉芯棒材捆占护轨总体积的20％～60％，然后把熔化的基体金属液浇入护轨的铸型型腔内，在基体金属的热作用下，合金粉芯棒材发生熔化、溶解，合金粉芯棒材中的大量合金元素与基体金属液产生冶金化合反应，在原位生成高度弥散的合金组织，最后冷却凝固形成棒状硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，制成以高韧性高强度的金属为基体、内含一定数量的冶金结合的棒状高硬度质点的复合护轨。既具有基体金属的高强度和高韧性，又具有硬质相的高硬度和高抗磨性，能够同时承受高压和强烈磨损，具有使用寿命长、价格低廉、制备简单的特点。
文档编号E01B5/18GK101412094SQ20081023249
公开日2009年4月22日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者付永红, 刘文刚, 岑启宏, 宏 武, 牛立斌, 王永平, 许云华 申请人:西安建筑科技大学