專利名稱：鐵路高速重軌激光淬火硬化工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光淬火技術領域，特別涉及鐵路高速重軌激光淬火硬化工藝。
背景技術：
鐵路是關系到國計民生的重要交通設施，鋼軌是鐵路軌道的重要組成部分， 直接承受列車載荷并引導車輪運行，因此鋼軌的質(zhì)量是非常重要的。在列車行 駛中，鋼軌的內(nèi)側(cè)面由于受到車輪的撞擊和摩擦的雙重作用，其磨損相當嚴重，
特另ij^M^徑iS^界MI^尤為重要。隨著鐵路上^:牽弓^的增加，車輪和 鋼軌之間的磨損問題更加嚴重。每年因磨損損壞而必須更換的軌道的數(shù)量是相 當大的。因此，提高鋼軌的耐磨性，延長鋼軌的使用壽命和更換周期，從而可 達到節(jié)省資源、降低成本、提高經(jīng)濟效益的目的。
目前，世界上強化鋼軌的方法主要有兩種 一是合金強化，二是熱處理強
化。我國鐵路在20世紀80年代前基本使用U71Mn和U74鋼軌。為解決這兩種 鋼軌壽命短的問題，鐵道、冶金部門通過合金強化的方法聯(lián)合開發(fā)了 PD2、 PD3 和稀土軌。現(xiàn)在大多數(shù)廠家都采用中國鐵道科學研究院20世紀90年代末開發(fā) 的中頻感應加熱淬火技術對鋼輥進行強化處理。美國阿貢國家研究所推出了用 激光降低鐵表面摩擦的技術，該技術應用于鐵軌，可減少鐵軌與車輪的摩擦。 國內(nèi)也有不少學者對鋼軌進行了圓形光斑激光淬火處理實驗，但未見實際應用 的報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供鐵路高速重軌激光淬火硬化工藝。
其具體工藝過程如下
(1) 用汽油或酒精去油、去污溶劑去除鋼軌表面油污和銹，然后用砂紙打磨 鋼軌表面進一步去除污物，以便于均勻噴涂吸光涂層。
(2) 用噴槍或刷子將與粘接劑混合均勻好的Si02吸光涂料均勻地涂在鋼軌 表面，以提高金屬表面對C(V激光的吸收率，涂料與粘接劑的配比為80 100g Si02 + 500 600ml酒精+ 15ml漆片，預涂厚度為0.02 0.05mm。
(3) 風千涂層。
(4)用DL-HL-10000型C02激光器快速掃描涂有吸光涂層的鋼軌表面，使 鋼軌表面實現(xiàn)快速加熱和冷卻。 具體工藝參數(shù)如下 激光功率為1.5 10kW
用寬帶積分鏡技術將圓形光斑轉(zhuǎn)變成矩形光斑，其帶寬尺寸為長><寬= 30mmX lmm
搭接寬度為0.5 lmm 掃描速度V=200 1000mm/min
本發(fā)明在于利用高功率co2激光器通過選取合適的的激光淬火硬化工藝參
數(shù)，實現(xiàn)硬金化層和鋼軌基體的良好的冶金結(jié)合。激光淬火技術是利用聚焦后 的激光束照射到鋼鐵材料的表面，使其溫度迅速升高到相變點以上，當激光移 開后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導熱作用，使表層快速冷卻到馬氏體 相變點以下，獲得淬硬層。從而增加工件的使用壽命并降低材料損耗。其相對 于中頻感應加熱淬火的優(yōu)點是加熱速度快、淬火硬度高、工件變形小、淬火部 位可控、不需淬火介質(zhì)、生產(chǎn)率高、無氧化、無污染。
淬硬層組織為高碳馬氏體、細晶混合馬氏體和少量奧氏體。激光淬火造成 組織細化，并形成大量高碳馬氏體，從而提高硬度，有效抑制表層的快速磨損。 本發(fā)明由于采用寬帶光束模式不僅可以增加淬硬帶的寬度，而且激光束斑快速 局部擺動可使硬化層表面溫度的最高點快速變化，導致合硬化區(qū)中央?yún)^(qū)域的溫
度梯度下降，硬化層組織和性能得到很好的改善。用該方法對70MnV鋼軌進行 激光淬火硬化處理后，可得到厚度為0.5 lmm，硬度為800 1100HV的硬化層。
利用激光淬火強化的方法可用普通鐵路鋼軌材料取代高合金重軌，從而降 低鋼軌成本；也可修復失效鋼軌，減少材料浪費，帶來較大經(jīng)濟效益。
具體實施方式
實施例一
用汽油去油、去污溶劑去除鋼軌表面油污和銹，然后用砂紙打磨鋼軌表面 進一步去除污物，便于均勻噴涂吸光涂層；然后用噴槍或刷子將與粘接劑混合 均勻的Si02吸光涂料均勻地涂在鋼軌表面，以提高金屬表面對CCV激光的吸收 率，預涂厚度為0.02mm;待涂層風干后打開DL-HL-10000型C(V激光器，快速 掃描鋼軌表面，使鋼軌表面實現(xiàn)快速加熱和冷卻。具體工藝參數(shù)如下激光功 率P4.7kW，帶寬尺寸為長X寬二30mmXlmm,搭接寬度為0.5mm，掃描速度 V=300mm/min。
實施例二
用酒精去油、去污溶劑去除鋼軌表面油污和銹，然后用砂紙打磨鋼軌表面
進一步去除污物，便于均勻噴涂吸光涂層；然后用噴槍或刷子將與粘接劑混合 均勻的Si02吸光涂料均勻地涂在鋼軌表面，以提高金屬表面對C02激光的吸收 率，預涂厚度為0.03mm;待涂層風干后打開DL-HL-10000型032激光器，快速 掃描鋼軌表面，使鋼軌表面實現(xiàn)快速加熱和冷卻。具體工藝參數(shù)如下激光功 率P=5kW，帶寬尺寸為長X寬二30mmXlmm，搭接寬度為0.7mm，掃描速度 V=500mm/min。 實施例三
用酒精去油、去污溶劑去除鋼軌表面油污和銹，然后用砂紙打磨鋼軌表面 進一步去除污物，便于均勻噴涂吸光涂層；然后用噴槍或刷子將與粘接劑混合 均勻的Si02吸光涂料均勻地涂在鋼軌表面，以提高金屬表面對CCV激光的吸收 率，預涂厚度為0.04mm;待涂層風干后打開DL-HL-10000型C(V激光器，快速 掃描鋼軌表面，使鋼軌表面實現(xiàn)快速加熱和冷卻。具體工藝參數(shù)如下激光功 率P=7kW，帶寬尺寸為長X寬二30mmXlmm，搭接寬度為0.8mm，掃描速度 V=700mm/mino
權利要求
1、鐵路高速重軌激光淬火硬化工藝，其特征是(1)用汽油或酒精去油、去污溶劑去除鋼軌表面油污和銹，然后用砂紙打磨鋼軌表面進一步去除污物，以便于均勻噴涂吸光涂層；(2)用噴槍或刷子將與粘接劑混合好的SiO2吸光涂料均勻地涂在鋼軌表面，以提高金屬表面對CO2激光的吸收率，涂料與粘接劑的配比為80～100g SiO2+500～600ml酒精+15ml漆片，預涂厚度為0.02～0.05mm；(3)用寬帶積分鏡技術將圓形光斑轉(zhuǎn)變成矩形光斑，其帶寬尺寸為長×寬＝30mm×1mm；(4)用DL-HL-10000型CO2激光器快速掃描鋼軌表面，使鋼軌表面實現(xiàn)快速加熱和冷卻；具體工藝參數(shù)如下激光功率為1.5～10kW帶寬尺寸為長×寬＝30mm×1mm搭接寬度為0.5～1mm掃描速度V＝200～1000mm/min。
全文摘要
鐵路高速重軌激光淬火硬化工藝，包括(1)用汽油或酒精去油、去污溶劑去除鋼軌表面油污和銹，然后用砂紙打磨鋼軌表面進一步去除污物，以便于均勻噴涂吸光涂層。(2)用噴槍或刷子將與粘接劑混合好的SiO<sub>2</sub>吸光涂料均勻地涂在鋼軌表面，以提高金屬表面對CO<sub>2</sub>激光的吸收率，涂料與粘接劑的配比為80～100g SiO<sub>2</sub>+500～600ml酒精+15ml漆片，預涂厚度為0.02～0.05mm。(3)用寬帶積分鏡技術將圓形光斑轉(zhuǎn)變成矩形光斑，其帶寬尺寸為長×寬＝30mm×1mm。(4)用DL-HL-10000型CO<sub>2</sub>激光器快速掃描鋼軌表面，使鋼軌表面實現(xiàn)快速加熱和冷卻。利用激光淬火強化的方法可用普通鐵路鋼軌材料取代高合金重軌，從而降低鋼軌成本；也可修復失效鋼軌，減少材料浪費，帶來較大經(jīng)濟效益。
文檔編號C21D1/09GK101109034SQ200710012480
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月16日 優(yōu)先權日2007年8月16日
發(fā)明者于恩洪, 孫桂芳, 陶興啟, 黃旭東 申請人:沈陽大陸激光成套設備有限公司