貝氏體鋼軌鋁熱焊劑及熱處理工藝的研究.pdf

1、針對我國高強(qiáng)度高硬度的貝氏體鋼軌，本文研究了適用于高強(qiáng)度貝氏體鋼軌的貝氏體鋁熱焊焊劑、焊后熱處理工藝及設(shè)備，并對貝氏體鋁熱焊接頭的組織和性能進(jìn)行了分析，完成了貝氏體鋁熱焊接頭在大秦線試驗(yàn)鋪設(shè)。
　　貝氏體鋁熱焊劑的研究表明，在鑄態(tài)下，錳硅含量比過高會導(dǎo)致焊縫的晶粒內(nèi)部中出現(xiàn)殘余奧氏體組織，使得接頭踏面硬度提高；錳硅含量比過低會導(dǎo)致焊縫的晶界處出現(xiàn)鐵素體，使得接頭踏面硬度降低。錳硅含量比在1.1~1.2范圍內(nèi)，接頭的組織主要由貝氏體

2、+少量鐵素體+少量殘余奧氏體組成，踏面硬度在320~330HB。隨著Cr含量提高，接頭組織中鐵素體消失、殘余奧氏體出現(xiàn)，提升接頭踏面硬度。Cr元素代替部分Mn元素的結(jié)果表明，Cr對組織和力學(xué)性能影響與Mn作用相似。焊劑中添加Ni元素會導(dǎo)致鋁熱焊接頭中殘余奧氏體增多，接頭踏面硬度提高。設(shè)計(jì)的兩種焊劑方案對比研究發(fā)現(xiàn)，合金元素含量為0.20％~0.30%C、1.50%~1.90%Mn、1.40%~1.90%Si、0.40%~0.60%Cr，

3、0.30%~0.50%Mo時(shí)，鋁熱焊接頭經(jīng)過正火處理，焊縫、熔合區(qū)組織均勻性好，踏面硬度可達(dá)到350~360HB，沖擊功平均AKU=24.25J（室溫），靜彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均滿足TB/T1632.3-2014要求。
　　貝氏體鋁熱焊接頭的熱處理工藝研究表明，加熱+噴風(fēng)不適用貝氏體鋁熱焊焊后熱處理；本研究研發(fā)了適合貝氏體鋁熱焊的加熱+緩冷的熱處理工藝，以及便于操作的熱處理設(shè)備。經(jīng)熱處理后，接頭組織全斷面由無碳化物貝氏體+粒狀貝氏體組

4、成，踏面硬度為340~350HB，抗拉強(qiáng)度平均σb=808.11MPa，熔合區(qū)組織均勻，靜彎強(qiáng)度平均為2504.83kN。
　　貝氏體鋁熱焊接頭中的粒狀貝氏體的形成與Cr、Mo元素分布不均勻有關(guān)，粒狀貝氏體平均硬度337.44HV低于無碳化物貝氏體400.92HV。貝氏體鋁熱焊接頭在疲勞測試過程導(dǎo)致的斷裂，是由于軌底夾渣造成，經(jīng)過改進(jìn)的砂型底板可以滿足接頭疲勞性能測試。經(jīng)過疲勞測試的鋁熱焊接頭會出現(xiàn)少量針狀組織，但并未影響接頭通過