[發明專利]一種提高鋼軌焊縫強度的材料的激光制備方法

有效

• 申請號: 202110015264.4
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112853345B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 楊膠溪;馬文雨;劉哲;朱清;武飛宇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F7/08;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/44;C22C38/46;C21D1/09;C21D6/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種提高鋼軌焊縫強度的材料的激光制備方法，屬于激光加工領域。材料的成分為：C:0.25～0.50wt％、Si：0.80～2.25wt％、Mn:0.95～2.10wt％、Ni:0.90～4.20wt％、Cr:8.50～12.50wt％、Mo:0.75～3.20wt％、V:1.20～2.10wt％、Al:0.50～1.50wt％、Ta:0.30～0.80wt％。還提供了其制備方法。本發明是根據無縫鋼軌閃光焊、鋁熱焊后焊縫存在多種焊接缺陷、滾動疲勞強度低等缺陷，在焊縫處激光沉積具有較高的硬度、耐磨性與輥壓承載性能的強化層，提高鋼軌使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種提高鋼軌焊縫強度的材料及激光制備方法，其特征在于在閃光焊、鋁熱焊鋼軌的焊縫區激光沉積性能匹配的材料，屬于激光加工制造領域。

背景技術

鐵路鋼軌是鐵路線路的核心部件，鋼軌鋁熱焊、閃光焊是鐵路無縫線路鋼軌焊接的重要技術，是鐵路線路鋼軌在線焊接、原位搶修和斷軌搶修的重要手段之一，但焊縫接頭中會出現許多焊接缺陷，同時熱處理狀態與母材存在差異，因此焊接焊縫是無縫鐵路中比較薄弱的環節。

無縫鐵路焊接后損傷類型主要有踏面傷損、橫向裂紋、軌腰縱向裂紋和疲勞裂紋的脆性斷裂，焊縫及熱影響區主要缺陷為過熱區帶狀偏析、過熱區晶界成分偏析、灰斑缺陷和焊縫夾渣等，滾動疲勞強度低，容易出現焊縫裂紋。焊縫強度、硬度、耐磨性能與沖擊韌性較差，影響鋼軌的服役壽命、列車運行的平順性及列車行駛安全。在閃光焊、鋁熱焊鋼軌的焊縫區激光沉積性能匹配的材料可有效提高硬度、耐磨性能與承載性能，對延長鋼軌使用壽命與提高列車行駛安全具有重要意義。

激光沉積技術是利用高能激光束作用于金屬基體，熔融態合金粉進入到基體熔池中，在基體表面沉積不同厚度的功能強化層，是材料表面改性技術的一個重要研究方向。在Fe基自熔性粉末體系中添加Si、Mn、Mo、Ni、Al、V、Ta等元素提高焊縫強化材料機械性能與力學性能。

發明內容

本發明涉及一種提高鋼軌焊縫強度的材料及激光制備方法，用該工藝處理得到的焊縫處強化層具有較高的硬度、耐磨性與輥壓承載性能。

一種鋼軌焊接焊縫強化材料激光沉積方法，其特征在于在閃光焊、鋁熱焊鋼軌的焊縫區激光沉積性能匹配的材料，材料的成分為：C:0.25～0.50wt％、Si：0.80～2.25wt％、Mn:0.95～2.10wt％、Ni:0.90～4.20wt％、Cr:8.50～12.50wt％、Mo:0.75～3.20wt％、V:1.20～2.10wt％、Al:0.50～1.50wt％、Ta:0.30～0.80wt％，余量為Fe。

按上述強化層合金粉末按質量百分比進行選取，直徑約為70～150um，將多元合金粉末在球磨機內混合一小時,實現多元粉體的均勻化，將合金粉末放置于真空干燥箱中，真空干燥箱溫度為80℃，真空度為-0.06MPa，粉末干燥12h。

申請人發明這種提高鋼軌焊縫強度的材料及激光制備方法，在鋼軌焊縫處加工U型坡口，在U型坡口處激光沉積性能匹配的強化材料，強化層與鋼軌基體呈現良好的冶金結合。在Fe基自熔性粉末粉末體系中添加Si、Mn、Mo、Ni、Al、V、Ta等元素提高強化層機械性能與力學性能，Si元素為強置換固溶強化元素，可溶于鐵素體中提高強度，改善粉末的潤濕性，Cr、Si、Mo元素可提高強化層硬度與耐磨性，Mn、Al元素可細化組織，提高強化層強度與韌性，Ni元素的添加可提高抗開裂性能，V、Ta元素可改善強化層韌性和強度，其制備過程包括以下步驟：