表面预硬化对高锰钢铸件质量的要求.docVIP

表面爆炸预硬化对高锰钢铸件质量的要求生产技术与经验交流《铸造技术))03/2010表面爆炸预硬化对高锰钢铸件质量的要求王建国(中国中铁宝桥集团有限公司,陕西宝鸡721006)RequestofHighManganeseSteelCastQualityforSurfaceExplosiveHardeningWANGJian—guo(ChinaRailWayBaojiBridgeGroupCo.,Ltd.,Baojj721006,China)中图分类号:TH702文献标识码:B文章编号:1000—8365(2010)03—0374—01高锰钢整铸辙叉(简称辙叉)是铁路道岔设备中的关键部件.虽然高锰钢具有高韧耐磨的特点,但它初期硬度比较低,辙叉在线路上一般要经过几个月的初期磨损,才能随着材料硬度的提高而磨损逐渐稳定.由于初期不耐磨导致辙叉过早磨耗到限,从而影响到辙叉的使用寿命.我公司从1996年开始了辙叉表面爆炸预硬化技术的试验研究,随着近年来采用三次爆炸预硬化技术生产的北美辙叉批量出口,逐步完善了辙叉表面爆炸预硬化技术,满足了客户要求,取得了良好的应用效果.本文重点介绍表面爆炸预硬化技术对高锰钢铸件质量的要求及采取的应对措施.1表面爆炸预硬化对辙叉的作用和表现表面爆炸预硬化是通过炸药爆炸产生的强大外力冲击(爆/s)作用于辙叉表面,使高锰钢奥氏体的孪晶组织产生形变位错,促使辙叉表面迅速发生硬化,从而使辙叉的表面初始硬度满足要求.通过多年试验研究表明,影响辙叉表面爆炸预硬化的因素众多,在掌握和稳定了炸药质量,铺药厚度和爆炸次数的对应关系及爆炸操作工艺,辙叉加工工艺,环境,温度要求等因素后,在实际生产应用中,辙叉铸件的质量成为表面爆炸预硬化技术成功的关键.辙叉的种类繁多,长度大多在在4～6m之间,顶面是车轮行走工作面,需要经过多次爆炸硬化,使表面硬度达到350HB以上.图1为北美嵌入式辙叉三次爆炸表面硬度要求.图1北美嵌入式辙叉表面硬度要求爆炸硬化本身就是对辙叉铸件内外质量的严格检验.试验研究表明,在多次强大的外力冲击作用下,辙又铸件的主要表现有:①辙叉表面经三次爆炸硬化后金属压缩量平均在1.5mm左右,硬化部位断面内的各种铸造缺陷都会在硬化面上暴露和反映,主要有裂纹,孔洞,凹陷,硬度不均等;②预硬化效果与硬化部位内部组织的晶粒状态和致密程度密切相关.组织致密,晶粒细化且无铸造缺陷的工件炸后硬度提升快,炸到相同硬度时所需炸药少,对工件的破坏作用小,并且硬化面压缩下沉均匀平整,硬度值一致;③预硬化效果还与硬化面的表面粗糙度有关.工件表面粗糙不加工或加工后刀痕粗大,敷药就会与工件表面不密贴,造成爆炸力不均匀,硬度值偏低,甚至产生龟纹和刀痕造成的微裂纹;④爆炸硬化还会对辙叉工件整体结构产生强大的冲击作用,这会造成辙叉弯曲变形,在辙叉结构的薄弱环节,存在各种应力的部位,以及尖角处产生裂纹.试验研究还表明,预硬化面以下保证一定厚度组织致密无缺陷的细晶粒层(加工后最好大于10ram),以及预硬化部位整个断面内元大的宏观铸造缺陷,是辙叉表面爆炸预硬化技术对铸件质量的基本要求.2采用的工艺措施和方法高锰钢晶粒粗大,导热性差且线收缩大,对于形状复杂的铸件,冒口设置和去除都很困难.针对表面爆炸预硬化技术对辙叉铸件质量的要求,除了优化辙叉结构,提高预硬化面的加工精度外,在铸造工艺方面应该采取相应的有效措施.(1)外冷铁是细化铸件表面晶粒的一种简便而有效的好方法.在辙叉预硬化表面按浇注方式全面设置不同厚度的外冷铁,实现和满足了辙叉预硬化表面一定厚度组织致密无缺陷的细晶粒层要求大面积不问断的在辙叉预硬化表面设置外冷铁,对铸造工艺和操作有很高的要求.重点是冷铁的厚度,形状及大小,冷铁的摆放形式及冷铁间隙,环境温度,以及涂料对冷铁的要求等要合理恰当.《铸造技术~03/2010生产技术与经验交流(2)针对辙叉结构的特点,采用增设冒口补贴的方法,全长等距离设置保温冒口补缩工艺.工艺重点是冒口颈和冒口补贴的合理匹配,达到冒口既能补缩畅通又能在常温下用大锤去除,见图2.图2北美嵌入式辙叉冷铁和冒H工艺布置简图(3)辙叉采用倒倾斜浇注工艺,浇注末端设置排气和集渣冒口.目的主要是减少钢液对铸型的冲击,冲刷作用,利于钢液平稳上升和浇注末端去渣排气.(4)在辙叉的连接部分,内腔圆角以及结构薄弱的部位,采用随型特殊冷铁进行强化冷却,增强辙叉的结构强度.3实施效果(1)辙叉预硬化部位内部质量X射线拍片检测达到二级以上的北美标准要求.(2)辙叉预硬化表面经多次爆炸硬化后均匀平整,硬度值一致,各种尺寸精度满足要求,预硬化表面无需修整可以直接使用.(3)由于实现了一定厚度的组织致密无缺陷细晶粒层,减少了每次敷药的厚度和用药量,从而大大减小了辙叉的弯曲变形和由于爆炸冲击带来