热处理弹簧钢带反复弯曲实验装置的设计与应用

杨贵平

（天津铁路信号有限责任公司，天津 300300）

1 问题的提出

随着社会的不断发展和人们生活水平的提高，普通的客运铁路已经满足不了人们的出行需求，高速铁路已成为现代社会的一种新的运输方式。道岔融雪设备是近年来铁路提速的新产品，道岔融雪设备安装在道岔转换处，利用加热条融化道岔和钢轨间残留的积雪和冰，保证道岔转换的密贴性，加热条需借助卡具安装并固定在钢轨上。在起初的安装试验过程中，发现卡具有断裂现象，经过分析发现卡具内应力分布不均，其原因有以下两点：1）由于该卡具紧贴加热条，加热条工作时卡具受加热条（一般不超过300℃）的加热，不断受冷热交变环境影响；2）卡具本身安装在钢轨上，其曲线形状复杂，成型过程变形复杂，导致内应力不均。

天津铁路信号有限责任公司目前卡具材料为不锈钢3Cr13，采用真空气淬热处理+低温回火，硬度为HRC46～49，抗拉强度达到1 580 N/mm2,伸长率达到了6.1%～9.2%。在对卡具材料进行进厂原材料检验以及淬火后硬度检验、展平试验后，断裂问题仍有发生。分析德国同类产品，发现其材料化学成分非常接近我国的07Cr17Ni7Al不锈钢，抗拉强度为1 440 N/mm2, 伸长率5.6%；为此用我国07Cr17Ni7Al不锈钢材料进行两种热处理试验：一种是采用普通电阻炉进行TH1050（565℃时效）热处理，热处理后其硬度为HRC40～45,抗拉强度为1 400～1 420 N/mm2，伸长率为5.2%～6.3%；另一种是采用真空炉进行TH1050（565℃时效）热处理，热处理后其硬度为HRC42～45,一致性比较高，抗拉强度达到1 480 N/mm2，伸长率达到9%。

电加热道岔融雪加热条及卡具安装在道岔基本轨上，一旦卡具断裂或加热条脱离，可能会影响道岔正常转换，从而危及高速行驶的列车，造成严重的事故。为此，加热条安装卡具的质量，特别是长期使用不断裂的质量要求是非常高的，是道岔融雪系统安全性要求的最关键因素，必须确保其具有可靠、稳定的质量。因此只对卡具材料进行进厂原材料检验以及淬火后硬度检验、展平试验是不够的，还必须对淬火后的不锈钢弹簧材料进行弯曲试验以检验材料的柔度，最终确定最适合的材料。经过前期的调查，发现现阶段只有该实验的方法和检测标准，并没有具体的实验器材。为此，根据《金属材料厚度等于或小于3 mm薄板和薄带反复弯曲实验方法》（GB/T 235—1999）中对于实验设备、实验原理及试验程序的相关要求，以及《热处理弹簧钢带》（YB/T 5063—93）这两个标准，为更准确、简便地实现测试，特此设计了一种新型手动式“热处理弹簧钢带反复弯曲实验装置”。

2 解决措施

2.1 装置概述

热处理弹簧钢带反复弯曲实验是将不锈钢热处理弹簧钢带试样（如图1所示）一端固定，绕规定的圆柱支座弯曲90°，再沿相反方向反复弯曲的实验。

2.2 装置说明

热处理弹簧钢带反复弯曲实验装置主要由左夹块、右夹块、前侧板、后侧板、销轴、拨块、弯曲臂等零件组成，如图2所示。左右夹块安装在前后侧板内，左夹块由内六角螺钉固定，右夹块通过孔和销轴的间隙配合实现了沿前后侧板左右滑动，这样左右夹块的开口大小可调，方便试样的安放和夹紧。由YB/T5063—93标准查出热处理弹簧钢板弯曲次数和弯曲半径，从而确定了左右夹块的钳口半径R。两拨块间有狭缝，弯曲臂可以左右摆动，滚花销轴穿过试样上预留的孔对试样形成一定的限制。

2.3 试验程序

弯曲臂处于垂直状态，将试样通过两夹块之间向上，穿入两拨块间的狭缝，再将滚花销轴穿过试样预留孔，并用滚花螺母固定，安装好后用台钳夹住左右夹块，然后将试样从起始位置向右（左）搬动弯曲臂90°，再返回起始位置，为第一次弯曲。再由起始位置向左（右）搬动弯曲臂90°，再返回起始位置为第二次弯曲，如图3所示，以此类推，依次连续反复弯曲。

弯曲速度以不超过每秒一次的均匀速率进行，弯曲时应平稳无冲击。

3 效果验证

该装置对3Cr13、0Cr17Ni7Al、0Cr17Ni7Al（真空）及德国不同材料进行实际反复弯曲，试验结果如表1所示。

表1 不锈钢热处理钢带反复弯曲试验结果

经过对新设计《热处理弹簧钢带反复弯曲实验测试装置》进行现场使用验证。本弯曲实验测试装置完全满足GB/T 235—1999中关于实验设备、实验原理及试验程序的相关要求，且结构简单，操作简便，制造成本低。

该装置的应用使我们对电加热道岔融雪加热条的卡具用材在使用状态的柔度有了基本了解，为保证提速产品的安全性发挥了作用。

[1] GB/T 235—1999 金属材料厚度等于或小于3 mm薄板和薄带反复弯曲实验方法[S]．

[2] YB/T 5063—1993 热处理弹簧钢带[S]．