輪軌材料激光熔覆的研究現(xiàn)狀

摘 要：高速化是我國鐵路未來發(fā)展的一個重要方向，高速容易導致輪軌的加劇磨損，影響鐵路的快速發(fā)展。激光熔覆作為表面處理先進技術(shù)的一種，能明顯改善輪軌材料的綜合性能，具有廣泛的發(fā)展前景。本文是對輪軌材料激光熔覆的研究綜述。

關(guān)鍵詞：激光熔覆;表面處理;性能;材料

中圖分類號：TG142.46 ?文獻標識碼：A

Abstract：High-speed is an important direction for the future development of railway in China.High-speed will easily lead to worn wheels and rails，which will affect the rapid development of railway.Laser cladding，as one of the advanced surface treatment technologies，which can significantly improve the comprehensive properties of wheel-rail materials，which has a broad development prospects.This paper is a summary of the research on laser cladding of wheel-rail materials.

Key words：Laser cladding;Surface treatment;Performance;materials

一、輪軌材料激光熔覆技術(shù)的研究背景

近幾年來，隨著我國鐵路事業(yè)快速發(fā)展，尤其是高速鐵路的飛速發(fā)展，使得“高鐵外交”成為我國對外經(jīng)濟交流的一張優(yōu)秀名片。2008年京津城際高鐵開通，它的飛速運行打破了我國鐵路的記錄，也標志著我國邁入了鐵路提速的新時期。2009年武廣高鐵成功開通，394Km/h的時速又一次刷新記錄，而且在世界范圍內(nèi)無有比肩，此高鐵的開通將從廣州到武漢的路程縮減了8個小時，使人們在在3h左右到達目的地。至2015結(jié)束，我國高鐵體系的覆蓋領(lǐng)域已經(jīng)超過其他所有國家，并已行程1.9萬公里。由于鐵路系統(tǒng)中列車的快速運行，輪軌之間存在較大的摩擦力，運行速度越快，輪軌之間的摩擦力就越大，這將必然引起鐵路系統(tǒng)出現(xiàn)一系列的問題如輪軌間出現(xiàn)磨損和損傷，極大地降低鋼軌和車輪的使用年限，使得維修和更新鋼軌和車輪費用增加，增加了成本費用，降低了高鐵的安全系數(shù)，因此輪軌的磨損問題是高速列車發(fā)展必須考慮的問題。

二、輪軌材料激光熔覆技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

輪軌磨損問題是國內(nèi)外研究中的重要部分，已經(jīng)有很多解決方式被提出來，比如在用料上，通過改變輪軌原材料的元素，添加一些合金元素;在制造技術(shù)方面，改善輪軌加工方法，選用相對較硬的材料進行生產(chǎn)，以增強輪軌對磨損的抵抗能力;處理表面時，采用熱處理方法完善輪軌材料進，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及在輪軌中加入C、N等元素來解決表層材料偏軟的問題，來減輕磨損帶來的危害。科研人員對利用激光熔覆技術(shù)改善輪軌性能進行了探索，發(fā)現(xiàn)在輪軌材料表面打造出具有良好耐磨性的熔覆層，可以使輪軌減少磨損問題的出現(xiàn)。因為激光熔覆技術(shù)具有許多優(yōu)勢，通過激光熔覆技術(shù)對輪軌表面進行激光熔覆，使輪軌便面硬度、強度增大，提高輪軌的使用壽命。

許多相關(guān)人員對輪軌磨損現(xiàn)象進行探索，在增強輪軌材料耐磨性方面提出了很多的想法付諸實踐，獲得了許多成績。英國某公司開發(fā)了一種低碳馬氏體鋼鋼軌，其硬度可高達445HB，在耐磨性、抗擊性等方面與普通材料相比有了非常可觀的改善。W.J.Wang在車輪和軌道材料表面進行了Co基合金熔覆，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理的材料在硬度以及耐磨性方面優(yōu)于普通材料。Stuart Grassie在分析了載重較大的鐵路的損傷情況之后，發(fā)現(xiàn)對鋼軌進行適當打磨之后，能夠在很大程度上減輕軌道的摩擦損壞，并且可以降低在維護軌道方面的費用。Rordonez Olivares經(jīng)過實驗證明合理改變合金成分，可以使輪軌材料在增加抗性和抗磨損方面提高性能。

相比國外學者而言，我國學者的研究相對較晚，但我國鐵路的探索也不斷取得了進步，同時在輪軌磨損方面眾多學者也在不斷的深入。劉啟躍對高速和重載鐵路的損傷進行分析，并通過分析結(jié)果對重載鋼軌和車輪型面給出了不同的要求。王文鍵研究了PD3和U71Mn兩種材料的疲勞裂紋發(fā)展規(guī)律和速率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PD3鋼軌的強度更好，U71Mn在抑制裂紋的發(fā)展能力更好。西南交大的胡杰在車輪和軌道材料表面進行了Co基合金熔覆，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理的材料在硬度以及耐磨性方面得到提高。西南交大付志凱在對輪軌材料進行激光熔覆Fe基后，發(fā)現(xiàn)輪軌全部進行處理能提高硬度和耐磨性。

三、結(jié)論

激光熔覆作為表面處理先進技術(shù)的一種，能明顯改善輪軌材料的綜合性能，具有廣泛的發(fā)展前景。

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基金項目：2019年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目“輪軌材料激光熔覆Fe-Ni基合金涂層與磨損性能研究”研究成果（項目編號：2019KY1554）

作者簡介：花超（1989-），男，江西撫州人，碩士研究生畢業(yè)，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學院教師，主要從事軌道技術(shù)方面的研究。