高速铁路客运专线用W1型弹条生产工艺研究及应用

摘要：文章从弹条原材料的选用、生产工艺流程的选择和工艺参数优化着手，严格进行过程控制，生产出的高速铁路客运专线用w1型弹条具有高的弹性极限、屈服极限、疲劳极限和抗弹减性能，可以确保高速铁路轨道系统的安全性和可靠性。

关键词：高速铁路弹奈；WI型弹条；轨道扣件；回火硬度；疲劳性能

中图分类号：U213　文献标识码：A　文章编号：1009―2374(2011)01-0040-03 火保温时间与材料直径或厚度有关，一般取1.5-2.0min／mm，直径在10-15mm的工件，保温时间一般定在30～35min，为使弹条组织由马氏体向回火屈氏体和回火索氏体转化充分，可将回火保温时间适当延长，弹条回火设备选用连续式网袋回火炉，考虑到弹条进入回火炉的升温阶段，将回火时间设定在110～120m。钢中的Cr和Mn都有回火脆性的倾向，回火后需快冷，因此，弹条从回火炉出来后，进八水中快速冷却，防止二次回火脆性和造成表面压应力，降低疲劳强度。

1.3.5　预压

(1)　预压工序的增加。弹条在安装使用和反复拆装过程中，不断受到外力作用，当外力达到或超过屈服点时，局部区域的表层出现微小塑性区，产生塑性变形，使弹条的弹程变小，扣压力损失。在生产w1型弹条时，我们增加了一道预压工序，通过变形强化，产生反向应力，提高其屈服点和变形抗力，从而提高了线路扣压力和安全性。

(2)　预压强化的原理。在金属晶体中原子的排列存在大量的位错，位错在晶体中的存在使其周围原子偏离平衡位置而导致点阵畸变和弹性应力场的产生。位错可以在晶体中运动，而宏观的塑性变形是通过位错运动来实现的。随着位错运动的发展，运动的位错和各种位错之间发生缠结，使大量的位错在位错壁和位错网的旁边堆积和纠结，使得变形阻力增加。随着位错缠结现象的进一步发展，进而使各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒，增生出许多亚晶界。晶界处原子排列不规则，因此在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观上使弹性件的屈服点提高。

(3)　预压的效果。W1弹条成品的弹程为141＋1.0－0.5mm，将预压前的弹程按照15±0.5mm进行控制，将预压变形量控制在0.5－O.8mm，预压前弹程大的弹条预压变形量大，弹程小的预压变形量小，预压后弹程一致性更高，一般在13.8～14.5mm。增加预压工序前，W1弹条的残余变形在0.7～1.0mm，预压后，残余变形在0.4～0.7mm。通过预压强化，减少了残余变形，保证了弹条的扣压力，并且提高了扣压力的一致性。

1.3.6　抛丸

抛丸处理就是以高速弹丸流喷射弹条表面，使弹条表层发生塑性变形，形成了一定厚度的表面强化层。从应力状态来看，强化层内形成了较高的压应力，当弹条在承受变载荷时，可以抵消一部分变载荷作用下的拉应力，从而提高弹条的疲劳性能。从组织结构看，强化层内形成了密度极高的位错，在随后的变应力作用下，位错逐渐排列规则，形成多边形，即强化层内逐渐形成更加微小的亚晶粒c亚结构)。另外，抛丸处理还能清除弹条表面的疵点(微小的缺陷、脱碳)，减少应力集中等，从而消除或减少了疲劳源。

弹丸主要有三种，即铸铁丸、铸钢丸和切割钢丝丸。铸铁丸由于质脆，容易破碎形成锐利的棱角，致使被抛表面产生伤痕，成为应力集中点，而成为疲劳破坏源。切割钢丝丸是有角的圆柱体，其棱角也会使弹条表面划伤，从而影Ⅱ自抛丸对改善疲劳性能的效果。因此，选用中O 8mm大小的铸钢丸，抛丸时间在5-10min。

2　弹条质量检验及使用情况

(1)　在合理的工艺设定和严格执行下，现已生产w1型弹条700多万件，经检验，淬火弹条硬度在60～63HRC，金相组织为细小针状马氏体及少量未溶铁素体，如图3所示；回火硬度在44-46HRC，金相组织为均匀的回火屈氏体和回火索氏体，如图4所示，表面脱碳层0.05～0.15mm;累计进行疲劳试验180多次，弹条经500万次疲劳试验不断裂，弹条各项内在性能全部合格。2009年和2010年，铁道部质检中心等相关部门4次抽检我公司的w1型弹条，全部合格。

(2)　已建成通车的甬台温和福厦客运专线使用了我公司的W1型弹条，运营速度为250km／h。目前正在供货的哈大和石武客运专线，设计运营速度为350km／h，弹条使用状况良好。

3　结论

(1)　中频感应快速加热+三道自动成型十余温淬火+回火水冷+预压+抛丸工艺生产的W1型弹条，工艺先进，质量控制严格，生产出的W1弹条具有低脱碳、组织细化、硬度稳定、残余变形小、疲劳性能高等优良特性，质量稳定，对350km／h高速铁路客运专线扣件系统提供了安全保障。

(2)　预压和抛丸工序能提高W1弹条的扣压力和疲劳性能，目前我国广泛使用的还有既有线用I、ll、III型弹条及高速铁路用W2、C4型弹条，该工艺推广对提高弹条的使用寿命和线路的安全性很有意义。

作者简介：李建宏.男，郑铁利选实业开发总公司总经理.研究方向：高速铁路轨道系统。