33 kg/m槽型護軌的感應熱處理研究

詹新偉

(中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京　100081)

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33 kg/m槽型護軌的感應熱處理研究

詹新偉

(中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京100081)

摘要:采用33 kg/m護軌用槽型鋼制造的槽型護軌在道岔中得到廣泛應用，但目前無法直接利用現(xiàn)有的道岔尖軌熱處理裝置和工藝對其進行熱處理。本文比較了槽型護軌和其他類型護軌的結構特點及技術標準對各類護軌熱處理性能的不同要求，提出了槽型護軌熱處理方案，即通過設計和制造槽型護軌專用的感應加熱線圈和定位導輪，在現(xiàn)有的道岔尖軌熱處理設備上進行槽型護軌的感應熱處理。對熱處理后槽型護軌的硬化層硬度、深度和金相組織進行檢測，結果表明各項性能指標達到標準《33 kg/m護軌用槽型鋼》( TB /T 3110—2005)的要求。

關鍵詞:槽型護軌護軌用槽型鋼感應熱處理硬化

護軌是道岔的重要組成部分，是控制車輪運行方向，保證行車安全的重要設備。同時護軌還起到避免輪對沖擊岔心，減輕輪緣磨耗心軌的作用。護軌類型主要有間隔鐵型、H型和槽型3種。間隔鐵型護軌結構采用普通鋼軌作護軌，H型護軌結構由普通鋼軌加工成H型，槽型護軌結構則是采用33 kg/m護軌用槽型鋼及相關配件組成的。

護軌的主要傷損方式為磨損，因而需要通過熱處理的方式提高護軌工作面的硬度，從而提高護軌的使用壽命。間隔鐵型護軌或H型護軌(即采用普通鋼軌或普通鋼軌加工而成的護軌)的熱處理采用現(xiàn)有的道岔尖軌熱處理裝置和工藝，對鋼軌的軌頭進行感應熱處理以提高硬度，然后進行機械加工。而對于采用33 kg/m護軌用槽型鋼加工成的槽型護軌，由于其結構和形狀與普通鋼軌有很大差別，無法使用現(xiàn)有的尖軌熱處理裝置和工藝進行熱處理。由于33 kg/m槽型護軌熱處理的困難，研究人員進行了高強耐磨熱軋合金護軌的研制，利用合金化的方法提高槽型護軌的強度和耐磨性，但是成本較高。因而有必要針對33 kg/m槽型護軌的感應熱處理進行研究，使其工作邊的硬化層性能達到TB /T 3110—2005的要求，提高其使用壽命。本文在比較槽型護軌和其它類型護軌的結構特點及技術標準對各類護軌熱處理性能不同要求的基礎上，對槽型護軌熱處理方案進行研究。

1槽型護軌感應熱處理技術要求及難點

1. 1槽型護軌和普通護軌的結構比較

圖1為不同類型護軌的結構比較?？梢钥闯?，采用普通鋼軌加工的普通護軌和采用33 kg/m護軌用槽型鋼加工的槽型護軌在結構上有很大區(qū)別。普通護軌可對軌頭感應熱處理后再進行護軌加工，在熱處理的時候為對稱的可直立的鋼軌結構。而槽型護軌的結構，在工作區(qū)段除了腰部打孔以外，其余與護軌用槽型鋼的結構完全相同，為非對稱結構，而且無法正常直立，因而對工作邊進行感應熱處理有較大的難度。

圖1不同類型護軌的結構比較(單位: mm)

1. 2槽型護軌和普通護軌熱處理后的性能要求比較

普通護軌的熱處理遵照《道岔鋼軌件淬火技術條件》( TB /T 1779—1993)的要求，軌頭側面硬化層深度＞6 mm。槽型護軌的熱處理遵照《33 kg/m護軌用槽型鋼》( TB /T 3110—2005)的要求，硬化層深度需要≥25 mm。不同類型護軌熱處理后硬化層的比較如圖2所示。

圖2不同類型護軌熱處理后硬化層的比較(單位: mm)

1. 3槽型護軌感應熱處理的難點

由圖1、圖2可以看出，普通護軌為對稱結構，通過感應熱處理可得到對稱的硬化層，而槽型護軌則需對非對稱的結構進行熱處理;同時槽型護軌的硬化層深度要求比普通護軌的硬化層深度大得多。結構非對稱且硬化層深度達25 mm，是槽型護軌進行感應熱處理的難點。

2槽型護軌感應熱處理工藝試驗

在現(xiàn)有的道岔尖軌感應熱處理設備上進行槽型護軌的感應熱處理，可利用現(xiàn)有的機械設備、中頻電源及控制系統(tǒng)，但是針對槽型護軌的結構特點，設計了專用的感應加熱線圈和配套的定位導輪。

2. 1槽型護軌的熱處理工藝方案

2. 1. 1工藝方案及專用導輪

根據(jù)槽型護軌的結構特點和槽型護軌工作的位置以及硬化層的要求，設計了圖3所示的熱處理工藝方案。槽型護軌側立，在工作邊上安置感應加熱線圈，配置專用定位導輪，槽型護軌邊走行邊經(jīng)歷感應加熱、噴風冷卻和噴霧冷卻，從而完成熱處理的全過程。由于導輪和線圈通過隨動吊框和變壓器連接在一起，因而導輪既保證了工作邊的感應加熱，又保證了工作邊加熱和冷卻過程中的定位和對中要求。

2. 1. 2槽型護軌專用感應加熱線圈

圖4為不同類型的感應加熱線圈對槽型護軌的加熱效果示意。圖4( a)采用平板加熱線圈，不僅加熱效率較低，而且工作邊的加熱層深度較淺，難以達到標準要求的25 mm。圖4( b)采用現(xiàn)有的道岔尖軌加熱線圈，如果槽型護軌對中工作邊，則硬化層深度較淺、效率低而且會加熱到槽型護軌的另一個短肢;如果偏向一側，可以部分提高效率，增大加熱層的深度，但是加熱層不對稱，引起槽型護軌的嚴重側彎，而且另一側加熱線圈產(chǎn)生了不必要的損耗。圖4( c)采用護軌專用加熱線圈，加熱層深度大、效率高且加熱層對稱，避免了側向彎曲。

圖4不同的感應加熱線圈對槽型護軌的加熱效果示意

根據(jù)圖4( c)的感應線圈設計方案，考慮硬化層深度要求和加熱效率的提高，針對33 kg/m槽型護軌設計和制造了槽型護軌專用感應加熱線圈，如圖5所示。

2. 2槽型護軌熱處理工藝試驗

槽型護軌的熱處理工藝試驗在現(xiàn)有的道岔尖軌熱處理試驗設備上進行，在試驗臺上更換槽型護軌專用加熱線圈和專用定位導輪，就可以進行槽型護軌的感應熱處理，不但減少了投資，而且操作和更換簡便。

圖5槽型護軌專用感應加熱線圈

3感應熱處理后的槽型護軌性能檢驗

3. 1硬化層硬度

對熱處理后的槽型護軌按照TB /T 3110—2005的要求進行硬度測試，測點在槽型護軌的橫斷面上進行，從工作邊朝下每6 mm測一點硬度，結果如表1所示。硬度達到標準要求。

表1熱處理槽型護軌試樣硬化層硬度測試結果( HRC)

3. 2硬化層形貌及深度

對熱處理后的槽型護軌按照TB /T 3110—2005的要求進行硬化層形貌和深度的測試，結果如圖6所示。硬化層均勻且對稱。2個試樣的硬化層深度皆為26 mm，達到≥25 mm的標準要求。

圖6槽型護軌的硬化層形貌和深度

3. 3硬化層金相組織

對熱處理后的槽型護軌硬化層區(qū)域進行金相組織觀察，結果如圖7所示。硬化層的踏面和圓角區(qū)域金相組織皆為珠光體和少量鐵素體，未見貝氏體和馬氏體，達到標準要求。

圖7槽型護軌硬化層的金相組織

4　結論

1)槽型護軌熱處理方案為:槽型護軌側立，工作邊朝上放置，加熱線圈在工作邊上方，槽型護軌邊走行邊經(jīng)歷感應加熱、噴風冷卻和噴霧冷卻。

2)在現(xiàn)有道岔尖軌熱處理設備的基礎上，設計和制造槽型護軌專用感應熱處理線圈，并配置專用導輪，保證熱處理過程中的對中和間隙要求。

3)對槽型護軌感應熱處理后進行硬度、硬化層深度和形貌、硬化層金相組織的檢驗，均達到TB /T 3110—2005的要求。

4)該槽型護軌感應熱處理技術在北京北車軌道有限公司、廣州工務大修段、蕪湖中鐵科吉富軌道有限公司、南昌鐵路通達工貿(mào)有限責任公司機車車輛配件廠等單位進行了應用，效果良好。

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(責任審編周彥彥)

Study on inductive heat treatment for 33 kg/m channeled guardrail

ZHAN Xinwei

( Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:33 kg /m channels for guardrail are widely used in turnout．T hey cannot be inductive heat treated by the present equipment and technique for switch rails yet．In this paper，the structure and technical requirement of heat treated channel for guardrail and other types were compared，and the method of inductive heat treatment for channel guardrail was proposed．W ith a designed inductive coils and guide wheel dedicated for channel guardrail，inductive heat treatment of channel guardrail was conducted using present inductive heating equipment for switch rails．T hrough the test of hardness，depth of hardened layer and microstructure，it revealed that the channel guardrails heat treated with this method meet the technical requirement of T B /T 3110—2005．

Key words:Channeled guardrail; Steel channel for guardrail; Inductive heat treatment; Hardening

文章編號:1003-1995( 2016) 02-0139-04

作者簡介:詹新偉( 1971—)，男，副研究員，碩士。

基金項目:中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所基金項目( 2013SJ01)

收稿日期:2015-09-07;修回日期: 2015-11-13

中圖分類號:U213．6+3

文獻標識碼:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．33