熱處理彈簧鋼帶反復(fù)彎曲實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊貴平

（天津鐵路信號(hào)有限責(zé)任公司，天津 300300）

1 問題的提出

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的提高，普通的客運(yùn)鐵路已經(jīng)滿足不了人們的出行需求，高速鐵路已成為現(xiàn)代社會(huì)的一種新的運(yùn)輸方式。道岔融雪設(shè)備是近年來(lái)鐵路提速的新產(chǎn)品，道岔融雪設(shè)備安裝在道岔轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)卡具有斷裂現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)卡具內(nèi)應(yīng)力分布不均，其原因有以下兩點(diǎn)：1）由于該卡具緊貼加熱條，加熱條工作時(shí)卡具受加熱條（一般不超過(guò)300℃）的加熱，不斷受冷熱交變環(huán)境影響；2）卡具本身安裝在鋼軌上，其曲線形狀復(fù)雜，成型過(guò)程變形復(fù)雜，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力不均。

天津鐵路信號(hào)有限責(zé)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(qiáng)度達(dá)到1 580 N/mm2,伸長(zhǎng)率達(dá)到了6.1%～9.2%。在對(duì)卡具材料進(jìn)行進(jìn)廠原材料檢驗(yàn)以及淬火后硬度檢驗(yàn)、展平試驗(yàn)后，斷裂問題仍有發(fā)生。分析德國(guó)同類產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)其材料化學(xué)成分非常接近我國(guó)的07Cr17Ni7Al不銹鋼，抗拉強(qiáng)度為1 440 N/mm2, 伸長(zhǎng)率5.6%；為此用我國(guó)07Cr17Ni7Al不銹鋼材料進(jìn)行兩種熱處理試驗(yàn)：一種是采用普通電阻爐進(jìn)行TH1050（565℃時(shí)效）熱處理，熱處理后其硬度為HRC40～45,抗拉強(qiáng)度為1 400～1 420 N/mm2，伸長(zhǎng)率為5.2%～6.3%；另一種是采用真空爐進(jìn)行TH1050（565℃時(shí)效）熱處理，熱處理后其硬度為HRC42～45,一致性比較高，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1 480 N/mm2，伸長(zhǎng)率達(dá)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(huì)影響道岔正常轉(zhuǎn)換，從而危及高速行駛的列車，造成嚴(yán)重的事故。為此，加熱條安裝卡具的質(zhì)量，特別是長(zhǎng)期使用不斷裂的質(zhì)量要求是非常高的，是道岔融雪系統(tǒng)安全性要求的最關(guān)鍵因素，必須確保其具有可靠、穩(wěn)定的質(zhì)量。因此只對(duì)卡具材料進(jìn)行進(jìn)廠原材料檢驗(yàn)以及淬火后硬度檢驗(yàn)、展平試驗(yàn)是不夠的，還必須對(duì)淬火后的不銹鋼彈簧材料進(jìn)行彎曲試驗(yàn)以檢驗(yàn)材料的柔度，最終確定最適合的材料。經(jīng)過(guò)前期的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段只有該實(shí)驗(yàn)的方法和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并沒有具體的實(shí)驗(yàn)器材。為此，根據(jù)《金屬材料厚度等于或小于3 mm薄板和薄帶反復(fù)彎曲實(shí)驗(yàn)方法》（GB/T 235—1999）中對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)原理及試驗(yàn)程序的相關(guān)要求，以及《熱處理彈簧鋼帶》（YB/T 5063—93）這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，為更準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)測(cè)試，特此設(shè)計(jì)了一種新型手動(dòng)式“熱處理彈簧鋼帶反復(fù)彎曲實(shí)驗(yàn)裝置”。

2 解決措施

2.1 裝置概述

熱處理彈簧鋼帶反復(fù)彎曲實(shí)驗(yàn)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(guī)定的圓柱支座彎曲90°，再沿相反方向反復(fù)彎曲的實(shí)驗(yàn)。

2.2 裝置說(shuō)明

熱處理彈簧鋼帶反復(fù)彎曲實(shí)驗(yàn)裝置主要由左夾塊、右夾塊、前側(cè)板、后側(cè)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(cè)板內(nèi)，左夾塊由內(nèi)六角螺釘固定，右夾塊通過(guò)孔和銷軸的間隙配合實(shí)現(xiàn)了沿前后側(cè)板左右滑動(dòng)，這樣左右夾塊的開口大小可調(diào)，方便試樣的安放和夾緊。由YB/T5063—93標(biāo)準(zhǔn)查出熱處理彈簧鋼板彎曲次數(shù)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(dòng)，滾花銷軸穿過(guò)試樣上預(yù)留的孔對(duì)試樣形成一定的限制。

2.3 試驗(yàn)程序

彎曲臂處于垂直狀態(tài)，將試樣通過(guò)兩夾塊之間向上，穿入兩撥塊間的狹縫，再將滾花銷軸穿過(guò)試樣預(yù)留孔，并用滾花螺母固定，安裝好后用臺(tái)鉗夾住左右夾塊，然后將試樣從起始位置向右（左）搬動(dòng)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(dòng)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(xù)反復(fù)彎曲。

彎曲速度以不超過(guò)每秒一次的均勻速率進(jìn)行，彎曲時(shí)應(yīng)平穩(wěn)無(wú)沖擊。

3 效果驗(yàn)證

該裝置對(duì)3Cr13、0Cr17Ni7Al、0Cr17Ni7Al（真空）及德國(guó)不同材料進(jìn)行實(shí)際反復(fù)彎曲，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不銹鋼熱處理鋼帶反復(fù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)新設(shè)計(jì)《熱處理彈簧鋼帶反復(fù)彎曲實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置》進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)使用驗(yàn)證。本彎曲實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置完全滿足GB/T 235—1999中關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)原理及試驗(yàn)程序的相關(guān)要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，制造成本低。

該裝置的應(yīng)用使我們對(duì)電加熱道岔融雪加熱條的卡具用材在使用狀態(tài)的柔度有了基本了解，為保證提速產(chǎn)品的安全性發(fā)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(fù)彎曲實(shí)驗(yàn)方法[S]．

[2] YB/T 5063—1993 熱處理彈簧鋼帶[S]．