u75v钢轨焊后正火工艺试验研究

u75v钢轨焊后正火工艺试验研究

无论是钢光刻还是压力光刻，焊接后组织的粒度都非常大，具有低刚性、低耐候性和低工作寿命短等特点。因为它是铁路线路的薄弱环节。因此，应在焊接后进行正火处理，以确保焊接接触的强度、弹性和耐候性达到母材料的同等水平。本文针对目前高速铁路用U75VG钢轨开展正火正交试验,寻找获得细化钢轨接头晶粒度,提高钢轨接头强韧性的最佳正火工艺。1试验条件1.1试验材料试验材料为攀钢U75VG60kg/m钢轨。1.2测温系统及温度采集试验采用如图1所示的模拟正火机及控制柜;正火机上安装有60kg/m复合加热器;测温系统采用OptrisIRP20红外测温仪及配套温度采集软件。冷却设备为W-0.918型空压机。1.3测试方法(1)包络曲线和红外光温度在正火加热过程中,由于存在加热器摆动和火苗外焰的干扰,因此将加热过程中采集到的曲线处理为包络曲线,正火关火瞬间,红外光直接测试轨面真实值,曲线会出现陡峰,我们取峰值温度为正火最高温度。冷却过程中红外光始终聚焦在轨顶面没有外在因素影响,可以真实反映冷却过程温度变化。(2)工艺参数为正火热对于U75VG60kg/m钢轨,基于以往大量良好质量的气压焊接头的工艺参数(乙炔流量93SLM,氧气流量92SLM),正交试验方案以此为基准,正火加热的乙炔流量设定为焊接阶段的90%、85%、80%三个水平,氧气按乙炔与氧气比为1.09进行换算(即C(3)采用颗粒取样和评价方法根据标准TB/T1632-2014《钢轨焊接-闪光焊部分》切取钢轨金相试样(4)样品取样法的影响根据TB/T1632-2014,分别切取轨顶、轨腰、轨底三个位置14个试样,采用夏氏U型缺口进行冲击试验测试,取样示意图见图3所示。(5)正火中心测试方法轨顶面布氏硬度采用里氏硬度仪进行测试,经换算得到布氏硬度结果。测试方法是以正火中心为测试中心,两侧距离中心线50mm内间隔2.5mm测试一个点;两侧距离中心线50至100mm,间隔5mm测试一个点。根据所测数据经Oring软件分析,得到硬度结果。(6)获得接头工艺参数U75VG60kg/m钢轨采用UN5-150ZB闪光焊机焊接获得接头(接头编号为B1073~B1076),其工艺参数如图4所示,该种焊接工艺已通过TB/T1632《钢轨焊接》标准规定的型式检验。闪光焊接头的正火工艺采用母材正交试验获得的最优工艺。2母材料的正火效果与分析2.1晶粒度的评定对试验1~9按四个部位切取四个金相试样,依据YB/T5148中的比较法进行晶粒度评定由表2可以得出:采用试验3和试验5的正火工艺参数是最好的。2.2硬度、硬度和软化区根据所测数据经Oring软件分析,得到表3和图6所示硬度结果。根据标准TB/T1632-2014,对比中心与母材硬度比值、软点与母材硬度比值、软化区宽度三项指标可以看出,试验3轨顶面正火后均无软化区,同时轨顶中心比母材比值为1.09符合标准(标准要求0.95≤a≤1.10)的要求。试验3轨底正火后中心比母材比值1.01,软点比母材为0.85也均符合标准要求,软化区宽度为5.9、5.3mm,宽度最小。2.3冲击韧性测定结果冲击试验结果如表4和图7所示。由表4和图7可见:试验3和试验4冲击性能较好且比较接近,试验4轨底三角区4个试样冲击性能好于试验3,而试验3轨底脚两侧冲击性能强于试验4,轨头和轨腰冲击性能基本一致均好于其他试验组冲击性能,这和正交分析结果基本一致。试验3和试验4正火试样的冲击功平均值为18和20.8J(标准要求≥6.5J)。因此,综合比较本次正火正交试验,试验3的工艺参数最佳。3显微组织测试和晶粒度评定对B10075、B10076两个闪光焊接头,采用试验3正火工艺参数进行正火处理。根据标准TB/T1632-2014进行显微组织测试和晶粒度评定,结果如图8、表5所示。根据标准TB/T1632-2014进行冲击测试,其结果如表6所示。4晶粒度的测定正火正交试验结果表明:按试验3方案对母材进行正火后,晶粒度及冲击韧性可以获得最佳的正火结果。我国铁路最新颁布的标准TB/T1632-2014《钢轨焊接》中规定了闪光焊接头经过焊后热处理后,应达到“焊缝和热影响区的晶粒度:轨头和轨脚边缘部位应不低于8级;轨底三角区应不低于6级”。按试验3正火工艺参数对U75VG闪光焊接头进行正火,轨头和轨脚边缘部位平均晶粒度为9.58,超过标准要求1.20倍;轨底三角区平均晶粒度9.75,超过标准要求1.63倍。接头B1075焊态下冲击功平均值为4.04J,正火后冲击功平均值为23.5J;接头B1076焊态下冲击功平均值为4.40J,正火后冲击功平均值为24.4J;对于接头B1075、B1076,正火态的冲击功比其焊态提高了6倍。铁科院周清跃等可见,该正火工艺参数可以显著细化晶粒,减小软化区宽度,提高钢轨焊接接头强韧性。5化学粒料的制备(1)采用小气体流量、长正火时间、大喷风速度的正火工