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爆炸硬化对高锰钢辙叉使用寿命的影响

陈宝功^①1，刘培荣²

(1．中铁山桥集团有限公司，河北 秦皇岛 066205；2．呼和浩特铁路局集宁工务段，内蒙古 集宁 012000)

摘 要：爆炸硬化工艺可以检测高锰钢辙叉内部质量，经硬化后的辙叉在重载线路上运行，初期磨耗量降低，可提高辙叉寿命30%左右。

关 键 词：爆炸硬化；重载线路；晶格扭曲；高锰钢；辙叉；使用寿命

1 高锰钢的特点

辙叉是铁路道岔关键部件，影响着火车行车安全及线路运行质量。目前铁路辙叉采用高锰钢整铸辙叉、贝氏体钢心轨拼装辙叉、钢轨拼装可动心轨辙叉。各种性能特点对比如表1所示。

通过表1可以看出：高锰钢辙叉显著优点是安全特性极强、成本低，缺点是初期硬度低、初期磨耗较大。但是高锰钢具有突出的加工硬化特性，使用一段时间后硬度明显提高。因此高锰钢整铸辙叉在铁路特别是重载铁路应用相当广泛。为了更好的解决硬度低、初期磨耗大的问题，利用其加工硬化特性进行了爆炸硬化研究。

2 爆炸硬化

2．1 爆炸硬化原理及优点

爆炸硬化是利用直接敷贴在辙叉轨顶面上的塑性炸药爆炸瞬间产生的强烈冲击波对轨顶面冲击。这种高密度的冲击波在金属中传播，金属在巨大的冲击压缩应力作用下，产生压缩塑性变形，使金属晶格发生扭曲晶粒细化，并且发生一定量的马氏体结构，位错聚集，晶格增多，金属在外力作用下发生错位，移更加困难，因而不易发生塑性变形，大大增加了材料的硬度和强度。改变了金属材料组织结构，提高了金属硬度，同时提高了金属强度，如图1所示。

2．2 爆炸硬化工艺

高锰钢辙叉表面爆炸硬化加工整个过程，分为辙叉表面检查、胶溶液配制、药片裁剪及布药、起爆、起重搬运等几个工序。爆炸硬化采用塑性炸药，不受工件形状的限制，硬化部位灵活选择；受力均匀，硬化深度也远高于其它硬化方式；操作简单、方便、易行。

2．3 爆炸硬化硬度梯度(如图2所示)

通过图2可以看出，表面硬度350HBW，硬化深度达到30mm。同时，通过对两次硬化后表面硬度统计，95%以上硬度为339HBW、356HBW，说明爆炸硬化工艺成熟稳定。

3 爆炸硬化高锰钢辙叉上道运行结果

3．1 硬化辙叉与非硬化辙叉通过量与表面硬度关系对比(如图3所示)

3．2 硬化辙叉与非硬化辙叉通过量与下降值关系对比(如图4所示)

3．3 硬化辙叉与非硬化辙叉寿命周期内通过量对比(见表3)

4 结论

1)硬化辙叉上道运行后，初期硬度提高较快；通过运量相近磨耗明显减少。

2)通过对大秦、朔黄、包集三条重载铁路运行数据对比统计分析，受产品类型、制造工艺、线路安装、维护保养及运行条件等影响，寿命周期内绝对通过运量差别明显，但硬化辙叉整体寿命都有明显提高。

3)爆炸硬化后高锰钢辙叉硬度得到了显著提高，能从水韧处理后200HBW提高到350HBW以上。硬化辙叉上道运行后，通过运量相近磨耗明显减少；初期硬度提高较快，硬化后辙叉运行寿命有明显提高。同时，硬化加工过程可以检查出辙叉内部铸造缺陷，提高辙叉整体质量。硬化后辙叉寿命可显著提高；减少道岔维护费用。

参 考 文 献：

[1]   陈希杰．高锰钢[M]．北京：机械工业出版社，1989．

[2]   陈勇富，洪有秋．高锰钢的爆炸硬化工艺：中国，85103847[P]，1986－11－05．

[3]   刘媛，王华．高锰钢预硬化技术综述[J]．中国材料科技与设备，2008，Vol．5(4)：13－15．

[4]   张福成，吕博，刘辉，等．高锰钢表面爆炸硬化工艺：中国，200710061422．X[P]，2007－07－18．

[5]   张福成．辙叉钢及其热加工技术[J]．北京：机械工业出版社，2009．