搗固車用1469低合金耐磨鋼板的研制

翟仕樂，　智小慧，　王海花

(1.中國神華軌道機械化維護分公司肅寧工務機械段，河北 肅寧 062350；2.石家莊鐵道大學機械工程學院，河北 石家莊 050043)

?

搗固車用1469低合金耐磨鋼板的研制

翟仕樂1，智小慧2，王海花2

(1.中國神華軌道機械化維護分公司肅寧工務機械段，河北 肅寧 062350；2.石家莊鐵道大學機械工程學院，河北 石家莊 050043)

摘要：研究了一種低合金耐磨鑄鋼的熱處理工藝，并介紹了用其生產研制搗固車用1469耐磨板的過程。對奧氏體化溫度分別為820 ℃、850 ℃、880 ℃和910 ℃時對材料硬度和沖擊韌性的影響進行了實驗和分析，850 ℃淬火+250 ℃回火處理后，材料獲得較好的硬度和沖擊韌性。使用該耐磨鑄鋼生產的1469耐磨板的使用壽命提高約44%，具有明顯的效果。

關鍵詞：耐磨鑄鋼；耐磨板；熱處理；鑄造工藝

1 研制耐磨鋼板的意義

隨著我國鐵路的快速發展，高速、重載和舒適化行車要求日漸嚴格，線路驗收標準逐步提高；同時近年來各種新建鐵路、客運專線和改、擴建線路的大量竣工，大大增加了我國鐵路的運營里程，以往老舊的維修手段面對新的形勢已略顯乏力，大型養路機械在鐵路養護上的應用越來越多。

搗固車(見圖1)用在鐵道線路新線建設、舊線大修清篩和既有線維修作業中[1]，能對軌道進行起道抄平、撥道、石砟搗固及道肩石砟的夯實作業。作業后可使軌道各方面都達到線路設計標準或線路維修規則的要求，提高道砟的密實度，增強軌道的穩定性，保證列車安全運行[2]。

圖1 搗固車

搗固車主要靠扒鏈帶動扒齒把道床上的石渣通過輸送帶運送到道碴清篩機進行清篩(圖2)。圖2所示的耐磨板(1469耐磨板)位于把道砟從道床上送入輸送帶的部位，受到石渣的劇烈磨損和沖擊，材質為65Mn時的使用壽命只有8 km左右，因此迫切需要研究新的材料，提高1469耐磨板的使用壽命。

圖2 搗固車扒渣部件

本文以現有耐磨材料研究為基礎，開發出一種新的低合金耐磨鑄鋼，并研究其鑄造工藝，進一步提高1469耐磨板的使用壽命。

2 試驗材料和方法

試驗鋼為中碳低合金耐磨鑄鋼，通過查閱文獻[3-10]，并在前期試驗的基礎上，確定試驗鋼的主要化學成分為：0.30%～0.50%C，0.5%～1.1%Si，1.0%～2.2%Mn，1.0%～1.9%Cr，0.20%～0.50%Mo，0.15%～0.40%Ni。所用試樣在100 kg中頻感應電爐上熔煉，砂型鑄造出Y型試塊。在高溫箱式熱處理爐上進行加熱，采用4種熱處理工藝：820 ℃×2 h油淬+250 ℃×2 h(試樣1)，850 ℃×2 h油淬+250 ℃×2 h(試樣2)，880 ℃×2 h油淬+250 ℃×2 h(試樣3)，910 ℃×2 h油淬+250 ℃×2 h(試樣4)，沖擊試樣(10 mm×10 mm×55 mm的DVM缺口)、顯微組織試樣和硬度試樣均從Y型楔型試塊上截取制作。采用GX51型OLYMPUS光學金相顯微鏡進行顯微組織的觀察和分析；沖擊試驗在擺錘式試驗機上進行，沖擊韌性為3次沖擊試樣的平均值；材料的硬度在HD-1875布洛維式硬度計上測試，硬度值為5點平均值。

3 試驗結果及分析

圖3和圖4分別是1～4號試樣的低倍金相組織和高倍金相組織。圖5 是熱處理溫度對力學性能影響的折線圖。從圖3可以看出：隨著加熱溫度的升高白亮色網狀區域(晶界或鐵素體)在減少。圖5可以看出：隨著淬火溫度的提高，試驗鋼的沖擊韌性和硬度均先提高而后下降；在850 ℃油淬時，試驗鋼的沖擊韌性和硬度均達到最大值。

圖3 四種試樣的低倍金相組織

圖4 四種試樣高倍金相組織

從圖4可以看出：1號試樣含有較多的鐵素體和層狀珠光體，另外還含有一定量的馬氏體；2號試樣有大量的絮狀的貝氏體和板條狀馬氏體，鐵素體的含量比1號試樣要少，另外還有少量層疊分布的珠光體，和沿晶界分布的托氏體；3號試樣中板條狀馬氏體含量比較高，鐵素體組織有所減少，含有少量貝氏體。由于主要含有的是回火馬氏體組織，這就導致了3號試樣硬度較高，而韌性相對下降；由于4號試樣的熱處理溫度較高，比較明顯的組織是層狀珠光體和少量馬氏體。通過以上的金相組織圖片我們可以看出，隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒長大并且粗化，導致了鋼硬度先增加后急劇下降。

圖5 溫度對力學性能影響折線圖

820 ℃油淬時，奧氏體化不完全，存在較多的鐵素體，表現在力學性能上即為韌性較高及硬度較差。試驗鋼硬度在850～880 ℃之間淬火時硬度變化不大(圖5)，說明試驗鋼在較低的奧氏體化溫度范圍內具有較寬的淬火溫度范圍。但隨著溫度的進一步升高，試驗鋼的硬度呈現顯著的下降趨勢。這是由于隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒長大并粗化，降低了鋼的硬度和強度。而試驗鋼的沖擊韌度在820～900 ℃的淬火溫度變化中先增加，并在850 ℃時取得最大值，當繼續升溫高于850 ℃時，沖擊韌性下降，因此試驗鋼在850 ℃淬火加250 ℃回火時，可獲得硬度和沖擊的最佳配合。

4 耐磨板的生產與試用

1469耐磨板的厚度為15 mm，最大長度為1 010 mm，毛重約25 kg。實驗件的生產采用消失模鑄造的方法生產，圖6為耐磨板鑄造工藝的三維實體圖。在耐磨板的底部放置一個側澆口，直澆道放在側面，并在頂部放置一個冒口。該工藝既保證了合金液的充型，又利于排氣和補縮。用該工藝生產的1469耐磨板無冷隔、氣孔和縮孔等缺陷，熱處理工藝為850 ℃油淬加250 ℃回火。其生產工藝流程為：鑄造工藝設計→消失模制作→刷涂料→埋箱→澆注→清理→熱處理→矯直→檢驗→刷漆等。

圖7是該耐磨板在搗固機上試用后的照片。該耐磨板的使用壽命為11.5 km，較已有的65Mn材質的耐磨板(平均使用壽命為8 km)，可以提高其使用壽命約44%，具有明顯的效果。

圖6 耐磨板鑄造工藝的三維模型

圖7 磨損后的耐磨板與未使用耐磨板的比較

5 結束語

通過試驗和現場使用得出以下結論：對奧氏體化溫度分別為820 ℃、850 ℃、880 ℃和910 ℃時對材料硬度和沖擊韌性的影響進行了實驗和分析，850

℃淬火+250 ℃回火處理后，材料獲得較好的硬度和沖擊韌性；使用該耐磨鑄鋼生產的1469耐磨板的使用壽命提高約44%，具有明顯的效果。

參考文獻

[1]張 建，余立建.基于C8051F060的搗固車自動作業控制器設計[J].工業控制計算機，2014(4):153-154

[2]周立榮.分體式搗鎬鎬靴復合界面及耐磨性研究[D].云南：昆明理工大學，2005

[3]仝健民.耐磨鋼研究進展[J].水利電力機械，2003(2)：29-31

[4]謝敬佩，李 衛，宋延沛.耐磨鑄鋼及熔煉[M].北京：機械工業出版社，2003:45-55

[5]張錦志，米國發.低合金耐磨鋼的研究與應用進展[J].金屬加工,2009(15)：20-31

[6]司鵬程,賴瑞福.下貝氏體—馬氏體耐磨鋼的研制[J].金屬熱處理，1994(8)：9-13

[7]樊新民.熱處理工藝與實踐[M].北京:機械工業出版社,2012:75-96

[8]趙忠魁.金屬材料學及熱處理技術[M].北京：國防工業出版社，2011：1-40

[9]葉 弘.金屬熱處理原理與工藝[M].北京：化學工業出版社，2011:15-27

[10]劉宗昌.金屬學與熱處理[M].北京：化學工業出版社，2008:176-187

收稿日期：2016-04-28

作者簡介：翟仕樂(1976—)，男，工程師，主要從事鐵路養護機械的維修和管理工作mkmk69@126.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.04.003

中圖分類號：U216.631

文獻標識碼：B

文章編號：1672-3953(2016)04-0011-03

On the Development of the 1469-Type Low-Alloy Wear-Resistant Steel Plate for the Tamping Wagon

Zhai Shile1，Zhi Xiaohui2，Wang Haihua2

(1.Su′ning Railway Service and Mechanical Section of the Mechanical Track-Maintenance Branch of the Shenhua Group, Su′ning 062350,China;2.College of Mechanical Engineering,Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang 050043,China)

Abstract:A new heat-treatment process for a low-alloy wear-resistant steel is developed in the paper, with the development of the 1469-type wear-resistant plate for the tamping wagon introduced. The effects on the hardness, impact toughness and microstructure of the samples quenched at 820 ℃, 850 ℃,880 ℃ and 910 ℃ are tested and analyzed,and the samples heat-treated at 850 ℃ quenching and tempered at 250 ℃ show higher hardness and impact toughness.The service life of the 1469-type wear-resistant plate made of the new wear-resistant steel is lengthened by about 44%,with outstanding effect achieved.

Key words:wear-resistant cast steel；wear-resistant plate；heat treatment；casting process