75AT尖轨的试制

郑晓鸣

（太原铁路局晋太公司榆次工务器材厂，山西 晋中 030600）

大秦铁路是山西省煤炭外运的重要通道，全长653 km，上行重载线路采用75 kg/m钢轨及道岔。现已大量开行1×104t、1.5×104t、2×104t重载列车。从2010年突破年运量4×108t开始，运量每年新增超过2×107t，2012年达到4.5×108t，形成了大运量、高轴重、高密度的重载铁路运输模式。这种重载铁路运输模式对钢轨造成了严重伤损，AT尖轨磨耗严重，最短时不到一个月就因磨耗到限而下道，更换频繁，需求量较大。一直以来，75AT尖轨主要由山桥、宝桥等少数几家企业生产，我局只能外购，运输成本高。我厂作为太原铁路局局属唯一生产道岔的企业，为适应新时期铁路技术装备的发展，多年来以整组道岔生产为核心，对原有生产车间、生产设备逐步进行了大规模的技术改造，积极推广采用新技术、新工艺，逐渐发展为具有较大生产规模和生产能力的道岔生产基地。针对上述情况，75AT尖轨若能试制成功，不仅能为我厂开拓新的市场，还可为我局降低运输成本，节约大量维修资金。

1 技术方案

经过市场调研并结合我厂实际生产能力，确定的技术方案为：①AT钢轨选用鞍钢生产的60AT钢轨，材质为U75V。②压制采用3 000 t油压机热压，经预压、终压二次加热压制成型[1]，加热采用中频电感应加热；正火使用箱式电阻炉加热。③轨头采用数控龙门铣加工。④AT尖轨轨头顶面的全长淬火采用中频感应加热+喷风、喷雾冷却的热处理工艺[2]，加热线圈采用铁科院金化所研制的马鞍型线圈。

2 产品的试制

2.1 产品试制工艺流程

下料—压制—正火—调直—锯切—铣底—钻孔、倒角—刨底—铣削(工作边、非工作边、轨顶坡等)、打磨—淬火—时效—调直、顶弯、组装试验—探伤。

2.2 产品试制关键工序

2.2.1 跟端压制

2.2.1.1 模具的设计

将60AT钢轨断面和75 kg/m钢轨断面（图1）的面积及断面各部位面积进行对比（表1），可以看出75 kg/m钢轨轨头的面积要大于60AT钢轨轨头的面积。因此，如何将AT钢轨轨腰的金属重新分配到75 kg/m钢轨的轨头是模具设计的关键。为防止压制后轨头区面积不够，在设计预压模时，应将轨头三角区即轨鄂处预留部分空间（图2阴影区），这样这部分空间的金属在随后用终压膜压制时填充到轨鄂处，就不会出现轨头区面积不足的问题。

图2 预压模

表1 断面面积

2.2.1.2 压制过程

将60AT钢轨跟端在中频加热炉中加热到1 100℃左右，但不得超过1 160℃.取出后快速清除轨头、轨腰、轨底的表面氧化皮，放入压机模腔，将轨头部分送入下模镶块。推入预压模，加压合模，使轨腰部位的金属向轨头与轨底方向流动，然后拉出预压模，推入终压膜加压合模，加大压板初步整形轨底，使长边的金属流向短边。预压过程不超过5 min，终锻温度不低于800℃。随后将钢轨放入中频加热炉中二次加热，到温取出，清除氧化皮后，送入压机模腔，推入终压模合模，压机增压控制轨腰厚度，再用小压板和大压板两次整形，然后用弯板整形轨底过渡段，最后用大平板进行轨底整体整形。终压过程亦不超过5 min，终锻温度不低于800℃。

2.2.1.3 压制中存在的问题及解决办法

①长边一侧轨底三角区折叠。原因分析：在用预压模预压时，轨腰受到大面积挤压，金属大量上移，轨腰高度增高过大，造成轨底三角区一侧和终压膜之间间隙太大。这样在压制轨底时，上面受到向下的力，而三角区一侧的轨底还未和终压膜接触，不受力；且长边一侧受力大，此时这一侧将会以三角区为支点向下弯曲，待和终压膜接触受力后，长边一侧的金属将会向短边一侧横向流动，因此造成三角区折叠。解决办法：加大限位板厚度，预压时限制轨腰长高的高度，缩小轨底和终压膜之间的间隙，尽可能使得在压制轨底时轨底两侧同时受力。②过渡段轨头缩颈。原因分析：压制时，由过渡段受压向两侧轴向移动拉长造成。解决办法：在AT钢轨一端加装轨卡装置，压制端加装限位块，阻止钢轨的轴向移动，同时控制压机下压速度。

2.2.2 正火

将AT钢轨跟端的压制端放入箱式电阻炉中，加热到860～880℃，使之奥氏体化，保温1 h后出炉空冷，以获得细小的珠光体组织，为之后的淬火作好组织准备。AT钢轨跟端经过预锻、终锻后，压制段的组织不均匀，晶粒比较粗大，存在魏氏组织。经过正火处理后，可消除上述锻造后产生的各种缺陷，获得较好的综合机械性能。

2.2.3 轨头顶面淬火

将加工好的AT尖轨置于淬火小车上，跟端卡好，尖端置于感应线圈中，自尖轨尖端开始进行钢轨头部淬火。淬火后的组织取决于两个因素，即加热温度和冷却速度。因不同断面的感应效率不同，加热时间也不同，断面越窄的地方加热越慢，反之越快。通过控制淬火小车的走行速度控制加热温度，控制风压和水量的大小控制冷却速度。经过对前述3个参数不断调试从而获得理想的淬火组织。

3 检验

3.1 淬火层检验

淬火后，横断面淬火层应符合图3要求及下列规定。①淬火层形状：帽形。②淬火层深度：a≥8 mm，b＞6 mm。③淬火层硬度分布：淬火层硬度从表面向内部逐渐降低，其断面硬度为HRC32～43(HB298～401)。若出现个别硬点，硬度不得超过HRC44.

图3 断面淬火层质量指标

将检验轨切片送铁科院金化所检验，检验结果：淬火层深度如图4所示，硬度如表2所示，金相组织为细片状珠光体和少量铁素体，如图5所示。

图4 淬火层深度

表2 淬火层硬度HRC

图5 淬火层金相组织

3.2 跟端过渡段检验

跟端过渡段经压制、正火处理后的晶粒度等级不得低于母材，检验结果如图6所示，母材晶粒度为7级，过渡段晶粒度为8～9级。

图6 晶粒度

4 结束语

试制的75AT尖轨各部位型式尺寸符合图纸的要求及TB/T412的规定，组织和硬度达到TB/T1779的要求。通过解决试制过程中出现的问题，进一步完善了工艺工装。

[1]任建旭，胡亚娟.AT型尖轨跟端无切削锻造工艺的设计[J].哈尔滨铁道科技，2000（4）：15—16.

[2]王树青，王建新.AT尖轨全长热处理研究[J].金属热处理，2001（1）：37—40．