钢轨闪光焊接头热处理工艺及性能优化研究

摘要

随着铁路向高速、重载方向发展，对作为无缝线路连接部分的焊接接头提出了更高的要求。因此，有必要在前期研究基础上，对接头焊后热处理工艺及接头中存在的问题进行相关研究。
　　本文采用成都石板滩焊轨基地提供的U75V、U71Mn焊接接头及钢轨母材作为试验样品，研究了在不同焊后热处理工艺参数下的性能和组织变化规律，并与采用传统钢轨生产方式时钢轨的性能进行了对比和分析，同时，对接头中出现的马氏体组织的原因和减轻或消除方式进行了探讨。本文主要试验内容和研究结果如下:
　　利用化学分析法对试验钢轨母材进行了成分分析，通过Gleeble-1500D热模拟试验机得到了我国常用的U71Mn和U75V两种钢轨在不同加热速度下的相变临界温度。经不同工艺热处理后钢轨接头的性能有不同程度的改善，采用室温下的Charpy冲击试验，研究了不同工艺下接头及母材的冲击性能变化规律;通过金相显微镜对冲击试样的金相组织进行了观察和测定，得到了晶粒度等相关数据，并分析了相同热处理工艺下U71Mn和U75V钢轨接头冲击韧性差异的原因;扫描电镜对冲击断口进行分析发现合理的热处理工艺可以使断口表现出良好的韧性特征;通过显微硬度仪对不同加热温度和冷却速度下的硬度进行了测试。
　　未经焊后热处理的接头尤其是U71Mn中普遍存在马氏体组织，选取出现马氏体较为严重的试样进行了两次不同工艺下的热处理试验并对马氏体出现区域进行了能谱分析，结果表明Mn、C元素的共同偏析是造成马氏体组织出现的主要原因，接头的热处理能够改善C元素的偏析状况，但对Mn元素的偏析改善不大。
　　综合上述研究分析表明，接头的焊后热处理主要通过细晶强化和改善珠光体机械性能来提高接头性能;通过降低钢轨中的Mn含量，能够减少接头中马氏体的出现几率。