[发明专利]一种激光熔覆制备的梯度材料钢轨辙叉

说明书

一种激光熔覆制备的梯度复合材料钢轨道岔涂层。材料质量百分比如下：过渡层采用Fe基合金材料，其化学成分为Cr：13‑17wt％、Ni：3‑6wt％、Si：1‑1.5wt％、Mn：0.5‑1wt％、Nb：0.3‑1.2wt％、B：1‑1.5wt％、C：0.05‑0.7wt％，V：0.5‑1.2％，余量为Fe；强化层置于过渡层之上，采用Fe基金属纳米相复合材料。制备方法如下：将制备得到Fe基金属粉末和Fe基金属纳米相复合材料涂层，使用激光扫描加热对钢轨进行预热减少温度梯度，利用激光熔覆技术在钢轨表面制备梯度复合材料涂层并进行激光扫描热处理，降低激光熔覆后的冷却速率，避免热影响区的马氏体产生，使涂层开裂性能降低，硬度曲线光滑，整体韧性和承载性能较好，比普通重载铁路辙叉有更高的强度和硬度，有更长的寿命和较强的制造集成性。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆制备的梯度材料钢轨辙叉，特别涉及一种新型梯度材料制备的高耐磨、高承载性能钢轨辙叉，属于激光材料加工制造领域。

背景技术

铁路运输是我国的重要交通方式，而随着铁路运输量的持续增加，钢轨辙叉使用寿命明显降低，主要由U75V、U71Mn等构成的铁路造价高，对轨道及线下部分要求高。而辙叉是列车在运行中，由一股轨道进入另一股轨道时的线路装置，其结构复杂、零部件多、受冲击力大是重载铁路系统中的最容易受破坏环节，而破损的局部就需要更换整体钢轨，频繁的更换辙叉不仅浪费大量成本，同时也影响了铁路运输的流畅和安全。

激光熔覆技术在金属材料表面强化,提高耐磨性有着广泛的应用前景。但对钢轨进行传统单种合金粉末的激光熔覆时，会导致钢轨界面冶金结合性能较差，熔覆层与基体间存在较大的硬度差，影响综合使用性能。本过渡层材料中Fe基、Ni基粉末材料由于经济适用比高且耐磨性好,同时与常用钢轨碳钢材料成分相近，该新型复合粉末可使熔覆层、热影响区和钢轨之间的性能合理匹配，因此,将过渡层粉末熔覆在钢轨表面,能有效的与界面进行冶金结合；Fe基金属纳米相复合粉末的硬度较高，能提高钢轨道岔表面硬度和耐磨性,掺杂的稀土元素以及纳米颗粒可促进熔覆层形核，细化枝晶间距，有效的缓解钢轨损伤。激光熔覆Fe基材料的过程熔化及凝固速度很快,比较容易产生马氏体结构，但由于马氏体硬度高但是韧性很低，在铁路行业标准TB/T2344-2003中禁止钢轨中出现马氏体组织。因此，将激光扫描热处理技术与激光熔覆以数字化方式结合起来，制备出成分均匀且不含马氏体结构涂层，该粉末制备的涂层具有良好的耐磨性、承载性、抗腐蚀性和较高的硬度。

发明内容

本发明目的是为了研制具有较高的表面接触疲劳性能、承载性能的钢轨辙叉。采用激光熔覆新型Fe基梯度合金粉末和激光扫描加热结合方法处理后的钢轨辙叉性能显著提升，使用寿命较长。

一种激光熔覆制备的梯度材料钢轨辙叉，其特征在于质量百分比如下：过渡层采用Fe基合金材料，其化学成分为Cr：13-17wt％、Ni：3-6wt％、Si：1-1.5wt％、Mn：0.5-1wt％、Nb：0.3-1.2wt％、B：1-1.5wt％、C：0.05-0.7wt％，V：0.5-1.2％，余量为Fe；强化层置于过渡层之上，采用Fe基金属纳米相复合材料，其化学成分如下Cr：15-20wt％、Ni：5-7wt％、Mo：2-4wt％、Mn：1-3wt％、V：1-1.5wt％、C：0.05-0.6wt％、纳米相WC：0.5-2wt％、纳米相TiC：0.5-0.8wt％、纳米相NbC：0.3-0.9wt％、纳米相La₂O₃：0.5-1.0wt％、纳米相Al₂O₃：0.5-0.8wt％，余量为Fe。

按上述粉末的质量百分比进行合金材料选取，将过渡层合金粉末熔炼后采用气雾化方式分别得到Fe基合金粉体,实现粉体的均匀化；再将强化层Fe基金属纳米相复合材料的非纳米相粉末熔炼后采用气雾化方式制粉，再将制得的粉末与纳米相材料采用机械混合的方式得到均匀粉体。再将两种粉末过筛后得到直径约为53-150um的粉末，在干燥箱内烘干1小时,烘干温度为100℃。