u75v鋼軌焊后正火工藝試驗(yàn)研究

u75v鋼軌焊后正火工藝試驗(yàn)研究

無論是鋼光刻還是壓力光刻，焊接后組織的粒度都非常大，具有低剛性、低耐候性和低工作壽命短等特點(diǎn)。因?yàn)樗氰F路線路的薄弱環(huán)節(jié)。因此，應(yīng)在焊接后進(jìn)行正火處理，以確保焊接接觸的強(qiáng)度、彈性和耐候性達(dá)到母材料的同等水平。本文針對(duì)目前高速鐵路用U75VG鋼軌開展正火正交試驗(yàn),尋找獲得細(xì)化鋼軌接頭晶粒度,提高鋼軌接頭強(qiáng)韌性的最佳正火工藝。1試驗(yàn)條件1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)材料為攀鋼U75VG60kg/m鋼軌。1.2測(cè)溫系統(tǒng)及溫度采集試驗(yàn)采用如圖1所示的模擬正火機(jī)及控制柜;正火機(jī)上安裝有60kg/m復(fù)合加熱器;測(cè)溫系統(tǒng)采用OptrisIRP20紅外測(cè)溫儀及配套溫度采集軟件。冷卻設(shè)備為W-0.918型空壓機(jī)。1.3測(cè)試方法(1)包絡(luò)曲線和紅外光溫度在正火加熱過程中,由于存在加熱器擺動(dòng)和火苗外焰的干擾,因此將加熱過程中采集到的曲線處理為包絡(luò)曲線,正火關(guān)火瞬間,紅外光直接測(cè)試軌面真實(shí)值,曲線會(huì)出現(xiàn)陡峰,我們?nèi)》逯禍囟葹檎鹱罡邷囟取＠鋮s過程中紅外光始終聚焦在軌頂面沒有外在因素影響,可以真實(shí)反映冷卻過程溫度變化。(2)工藝參數(shù)為正火熱對(duì)于U75VG60kg/m鋼軌,基于以往大量良好質(zhì)量的氣壓焊接頭的工藝參數(shù)(乙炔流量93SLM,氧氣流量92SLM),正交試驗(yàn)方案以此為基準(zhǔn),正火加熱的乙炔流量設(shè)定為焊接階段的90%、85%、80%三個(gè)水平,氧氣按乙炔與氧氣比為1.09進(jìn)行換算(即C(3)采用顆粒取樣和評(píng)價(jià)方法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T1632-2014《鋼軌焊接-閃光焊部分》切取鋼軌金相試樣(4)樣品取樣法的影響根據(jù)TB/T1632-2014,分別切取軌頂、軌腰、軌底三個(gè)位置14個(gè)試樣,采用夏氏U型缺口進(jìn)行沖擊試驗(yàn)測(cè)試,取樣示意圖見圖3所示。(5)正火中心測(cè)試方法軌頂面布氏硬度采用里氏硬度儀進(jìn)行測(cè)試,經(jīng)換算得到布氏硬度結(jié)果。測(cè)試方法是以正火中心為測(cè)試中心,兩側(cè)距離中心線50mm內(nèi)間隔2.5mm測(cè)試一個(gè)點(diǎn);兩側(cè)距離中心線50至100mm,間隔5mm測(cè)試一個(gè)點(diǎn)。根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)Oring軟件分析,得到硬度結(jié)果。(6)獲得接頭工藝參數(shù)U75VG60kg/m鋼軌采用UN5-150ZB閃光焊機(jī)焊接獲得接頭(接頭編號(hào)為B1073~B1076),其工藝參數(shù)如圖4所示,該種焊接工藝已通過TB/T1632《鋼軌焊接》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的型式檢驗(yàn)。閃光焊接頭的正火工藝采用母材正交試驗(yàn)獲得的最優(yōu)工藝。2母材料的正火效果與分析2.1晶粒度的評(píng)定對(duì)試驗(yàn)1~9按四個(gè)部位切取四個(gè)金相試樣,依據(jù)YB/T5148中的比較法進(jìn)行晶粒度評(píng)定由表2可以得出:采用試驗(yàn)3和試驗(yàn)5的正火工藝參數(shù)是最好的。2.2硬度、硬度和軟化區(qū)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)Oring軟件分析,得到表3和圖6所示硬度結(jié)果。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T1632-2014,對(duì)比中心與母材硬度比值、軟點(diǎn)與母材硬度比值、軟化區(qū)寬度三項(xiàng)指標(biāo)可以看出,試驗(yàn)3軌頂面正火后均無軟化區(qū),同時(shí)軌頂中心比母材比值為1.09符合標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)要求0.95≤a≤1.10)的要求。試驗(yàn)3軌底正火后中心比母材比值1.01,軟點(diǎn)比母材為0.85也均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,軟化區(qū)寬度為5.9、5.3mm,寬度最小。2.3沖擊韌性測(cè)定結(jié)果沖擊試驗(yàn)結(jié)果如表4和圖7所示。由表4和圖7可見:試驗(yàn)3和試驗(yàn)4沖擊性能較好且比較接近,試驗(yàn)4軌底三角區(qū)4個(gè)試樣沖擊性能好于試驗(yàn)3,而試驗(yàn)3軌底腳兩側(cè)沖擊性能強(qiáng)于試驗(yàn)4,軌頭和軌腰沖擊性能基本一致均好于其他試驗(yàn)組沖擊性能,這和正交分析結(jié)果基本一致。試驗(yàn)3和試驗(yàn)4正火試樣的沖擊功平均值為18和20.8J(標(biāo)準(zhǔn)要求≥6.5J)。因此,綜合比較本次正火正交試驗(yàn),試驗(yàn)3的工藝參數(shù)最佳。3顯微組織測(cè)試和晶粒度評(píng)定對(duì)B10075、B10076兩個(gè)閃光焊接頭,采用試驗(yàn)3正火工藝參數(shù)進(jìn)行正火處理。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T1632-2014進(jìn)行顯微組織測(cè)試和晶粒度評(píng)定,結(jié)果如圖8、表5所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TB/T1632-2014進(jìn)行沖擊測(cè)試,其結(jié)果如表6所示。4晶粒度的測(cè)定正火正交試驗(yàn)結(jié)果表明:按試驗(yàn)3方案對(duì)母材進(jìn)行正火后,晶粒度及沖擊韌性可以獲得最佳的正火結(jié)果。我國鐵路最新頒布的標(biāo)準(zhǔn)TB/T1632-2014《鋼軌焊接》中規(guī)定了閃光焊接頭經(jīng)過焊后熱處理后,應(yīng)達(dá)到“焊縫和熱影響區(qū)的晶粒度:軌頭和軌腳邊緣部位應(yīng)不低于8級(jí);軌底三角區(qū)應(yīng)不低于6級(jí)”。按試驗(yàn)3正火工藝參數(shù)對(duì)U75VG閃光焊接頭進(jìn)行正火,軌頭和軌腳邊緣部位平均晶粒度為9.58,超過標(biāo)準(zhǔn)要求1.20倍;軌底三角區(qū)平均晶粒度9.75,超過標(biāo)準(zhǔn)要求1.63倍。接頭B1075焊態(tài)下沖擊功平均值為4.04J,正火后沖擊功平均值為23.5J;接頭B1076焊態(tài)下沖擊功平均值為4.40J,正火后沖擊功平均值為24.4J;對(duì)于接頭B1075、B1076,正火態(tài)的沖擊功比其焊態(tài)提高了6倍。鐵科院周清躍等可見,該正火工藝參數(shù)可以顯著細(xì)化晶粒,減小軟化區(qū)寬度,提高鋼軌焊接接頭強(qiáng)韌性。5化學(xué)粒料的制備(1)采用小氣體流量、長正火時(shí)間、大噴風(fēng)速度的正火工