熱處理彈簧鋼帶反復彎曲實驗裝置的設計與應用

楊貴平

（天津鐵路信號有限責任公司，天津 300300）

1 問題的提出

隨著社會的不斷發展和人們生活水平的提高，普通的客運鐵路已經滿足不了人們的出行需求，高速鐵路已成為現代社會的一種新的運輸方式。道岔融雪設備是近年來鐵路提速的新產品，道岔融雪設備安裝在道岔轉換處，利用加熱條融化道岔和鋼軌間殘留的積雪和冰，保證道岔轉換的密貼性，加熱條需借助卡具安裝并固定在鋼軌上。在起初的安裝試驗過程中，發現卡具有斷裂現象，經過分析發現卡具內應力分布不均，其原因有以下兩點：1）由于該卡具緊貼加熱條，加熱條工作時卡具受加熱條（一般不超過300℃）的加熱，不斷受冷熱交變環境影響；2）卡具本身安裝在鋼軌上，其曲線形狀復雜，成型過程變形復雜，導致內應力不均。

天津鐵路信號有限責任公司目前卡具材料為不銹鋼3Cr13，采用真空氣淬熱處理+低溫回火，硬度為HRC46～49，抗拉強度達到1 580 N/mm2,伸長率達到了6.1%～9.2%。在對卡具材料進行進廠原材料檢驗以及淬火后硬度檢驗、展平試驗后，斷裂問題仍有發生。分析德國同類產品，發現其材料化學成分非常接近我國的07Cr17Ni7Al不銹鋼，抗拉強度為1 440 N/mm2, 伸長率5.6%；為此用我國07Cr17Ni7Al不銹鋼材料進行兩種熱處理試驗：一種是采用普通電阻爐進行TH1050（565℃時效）熱處理，熱處理后其硬度為HRC40～45,抗拉強度為1 400～1 420 N/mm2，伸長率為5.2%～6.3%；另一種是采用真空爐進行TH1050（565℃時效）熱處理，熱處理后其硬度為HRC42～45,一致性比較高，抗拉強度達到1 480 N/mm2，伸長率達到9%。

電加熱道岔融雪加熱條及卡具安裝在道岔基本軌上，一旦卡具斷裂或加熱條脫離，可能會影響道岔正常轉換，從而危及高速行駛的列車，造成嚴重的事故。為此，加熱條安裝卡具的質量，特別是長期使用不斷裂的質量要求是非常高的，是道岔融雪系統安全性要求的最關鍵因素，必須確保其具有可靠、穩定的質量。因此只對卡具材料進行進廠原材料檢驗以及淬火后硬度檢驗、展平試驗是不夠的，還必須對淬火后的不銹鋼彈簧材料進行彎曲試驗以檢驗材料的柔度，最終確定最適合的材料。經過前期的調查，發現現階段只有該實驗的方法和檢測標準，并沒有具體的實驗器材。為此，根據《金屬材料厚度等于或小于3 mm薄板和薄帶反復彎曲實驗方法》（GB/T 235—1999）中對于實驗設備、實驗原理及試驗程序的相關要求，以及《熱處理彈簧鋼帶》（YB/T 5063—93）這兩個標準，為更準確、簡便地實現測試，特此設計了一種新型手動式“熱處理彈簧鋼帶反復彎曲實驗裝置”。

2 解決措施

2.1 裝置概述

熱處理彈簧鋼帶反復彎曲實驗是將不銹鋼熱處理彈簧鋼帶試樣（如圖1所示）一端固定，繞規定的圓柱支座彎曲90°，再沿相反方向反復彎曲的實驗。

2.2 裝置說明

熱處理彈簧鋼帶反復彎曲實驗裝置主要由左夾塊、右夾塊、前側板、后側板、銷軸、撥塊、彎曲臂等零件組成，如圖2所示。左右夾塊安裝在前后側板內，左夾塊由內六角螺釘固定，右夾塊通過孔和銷軸的間隙配合實現了沿前后側板左右滑動，這樣左右夾塊的開口大小可調，方便試樣的安放和夾緊。由YB/T5063—93標準查出熱處理彈簧鋼板彎曲次數和彎曲半徑，從而確定了左右夾塊的鉗口半徑R。兩撥塊間有狹縫，彎曲臂可以左右擺動，滾花銷軸穿過試樣上預留的孔對試樣形成一定的限制。

2.3 試驗程序

彎曲臂處于垂直狀態，將試樣通過兩夾塊之間向上，穿入兩撥塊間的狹縫，再將滾花銷軸穿過試樣預留孔，并用滾花螺母固定，安裝好后用臺鉗夾住左右夾塊，然后將試樣從起始位置向右（左）搬動彎曲臂90°，再返回起始位置，為第一次彎曲。再由起始位置向左（右）搬動彎曲臂90°，再返回起始位置為第二次彎曲，如圖3所示，以此類推，依次連續反復彎曲。

彎曲速度以不超過每秒一次的均勻速率進行，彎曲時應平穩無沖擊。

3 效果驗證

該裝置對3Cr13、0Cr17Ni7Al、0Cr17Ni7Al（真空）及德國不同材料進行實際反復彎曲，試驗結果如表1所示。

表1 不銹鋼熱處理鋼帶反復彎曲試驗結果

經過對新設計《熱處理彈簧鋼帶反復彎曲實驗測試裝置》進行現場使用驗證。本彎曲實驗測試裝置完全滿足GB/T 235—1999中關于實驗設備、實驗原理及試驗程序的相關要求，且結構簡單，操作簡便，制造成本低。

該裝置的應用使我們對電加熱道岔融雪加熱條的卡具用材在使用狀態的柔度有了基本了解，為保證提速產品的安全性發揮了作用。

[1] GB/T 235—1999 金屬材料厚度等于或小于3 mm薄板和薄帶反復彎曲實驗方法[S]．

[2] YB/T 5063—1993 熱處理彈簧鋼帶[S]．