一種鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料及其製備方法
2023-12-09 01:13:56 2
專利名稱：一種鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬材料技術領域，具體涉及一種鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料及其製備方法。
背景技術：
鐵路鋼軌魚尾螺栓連接件易鬆動脫落，嚴重影響列車運行安全。目前國內少數鐵路局引進了美國哈克公司生產的哈克螺栓或斯比勞止退螺母。但是這種哈克螺栓存在可靠性差、成本太高、安裝拆卸需用專用設備、不能被反覆使用等諸多問題。斯比勞螺母存在緊固力較小，拆卸不方便，不能被反覆使用等缺點。基於上述原因，尋求一種成本低，穩定性良好，易加工，螺栓緊固件形狀簡單，便於安裝和拆卸，緊固力達到鐵道部標準的鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料是該領域技術人員的研究目標。
發明內容
本發明的目的在於提出一種成本低，穩定性良好，易加工，便於安裝和拆卸，緊固力達到鐵道部標準的鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料。
本發明提出的鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料，由鐵(Fe)、錳(Mn)、矽(Si)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、碳(C)、鋁(Al)、鉬(Mo)等元素組成，其元素的質量百分比如下錳14.6～16.8％矽5.0～6.2％鉻8.9～12.1％鎳3.4～3.8％碳0.15～0.43％鋁0.8～1.2％鉬1.5～2.5％其餘為鐵。
本發明中，所述錳元素採用錳金屬、錳鐵合金之一種；矽採用金屬矽(金屬矽為一種高純度的單質矽原料)、矽鐵合金之一種；鉻採用鉻金屬、鉻鐵合金之一種；鎳採用電解鎳；碳採用焦炭；鋁採用工業純鋁；鉬採用金屬鉬、鉬鐵合金之一種；鐵採用工業純鐵。
本發明提出的鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料的製備方法，具體步驟如下
(1)配料按照原料配比精確稱取各種原料，用配料機將大塊的原料破碎為小塊，塊度控制在30～80毫米之間；(2)加料將含鐵、錳、矽、鉻、鎳元素的原料放入容器中，攪拌2-5分鐘，置於真空感應電爐中的坩堝中，再將含鋁、碳、鉬元素的原料加入坩堝中；(3)熔煉關閉爐門，抽真空，抽氣速率為50-70L/s，使熔煉爐真空度達1.0×10-3～2.0×10-3mmHg止，保持此真空度不變，採用感應電流加熱，使原料熔化，攪拌均勻，加熱溫度為1300-1500℃，時間為1～2小時，感應電流的頻率為2500Hz，電壓380V；(4)成型真空下熔煉澆鑄，得鑄棒，其中，真空度為1.0×10-3～2.0×10-3mmHg，熔煉溫度為1300-1500℃；將鑄棒鍛造，得棒材，鍛造溫度為800～1000℃；(5)熱處理將得到的棒材訓練處理，溫度為500～650℃，反覆退火處理6～8次，得鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料。
本發明中，將得到鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料進行線切割、車、鑽、刨、銑等後續加工步驟，得到外徑48.10～48.20mm、內徑24.10～24.20mm、高15.50～15.60mm的圓環狀螺栓緊固件產品。
本發明在鋼軌、機車車輛用螺栓聯接件的防盜、防鬆脫零件和鐵路野外設備的防盜零件中的應用，本發明的用量是相當大的，此市場極為可觀。
本發明的優點如下(1)成本低，採用的是常用金屬進行冶煉，成型、軋制及機加工等，後續加工簡單。
(2)安裝拆卸方便，在設定溫度下，由於形狀記憶合金自身的特性，鐵基形狀記憶合金螺栓緊固件的緊固力可以降低到用常用工具方便地安裝和拆卸的程度。
(3)記憶合金緊固件在拆卸後經過訓練處理，利用其形狀記憶效應，可被反覆使用。
(4)緊固力超過鐵道標準50％以上，靜態與動態試驗結果表明，穩定性良好。
本發明將極大地保護鐵路運行和鐵路用外設的安全，給鐵路運輸帶來良好的經濟效益。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述本發明。
實施例1元素的質量百分比如下錳14.6％矽5.0％鉻8.9％
鎳3.4％碳0.15％鋁0.8％鉬1.5％鐵65.65％各原料組份配比如下(以一爐20Kg計)錳鐵(含錳85％)3.435Kg矽鐵(含矽75％)1.333Kg鉻鐵(含鉻65％)2.738Kg電解鎳0.680Kg焦炭 0.030Kg純鋁 0.160Kg鉬鐵(含鉬55％)0.545Kg純鐵 11.079Kg工藝過程按上述原料比例配料，放入真空感應熔煉爐中，熔煉溫度1400℃，2小時後澆棒，所得鑄棒長940mm，直徑60mm，鑄棒在800～1000℃溫度間進行鍛造，得直徑50mm的棒材；對棒材於500～650℃溫度間進行8次的反覆退火處理，使之獲得較好的形狀記憶效應，最後製得外徑48.10mm、內徑24.10mm、高15.50mm的圓環狀螺栓緊固件。
實施例2元素的質量百分比如下錳16.8％矽6.2％鉻12.1％鎳3.8％碳0.43％鋁1.2％鉬2.5％鐵56.97％各原料組份配比如下(以一爐20Kg計)錳鐵(含錳85％)3.953Kg矽鐵(含矽75％)1.653Kg
鉻鐵(含鉻65％)3.723Kg電解鎳0.760Kg焦炭 0.086Kg純鋁 0.240Kg鉬鐵(含鉬55％)0.909Kg純鐵 8.676Kg工藝過程按上述原料比例配料，放入真空感應熔煉爐中，熔煉溫度1350度，1小時後澆棒。所得鑄棒長340mm，直徑100mm的鑄棒，鑄棒在800～1000℃溫度間進行鍛造，得直徑60mm的棒材；對棒材於500～650℃溫度間進行6次的反覆退火處理，使之獲得較好的形狀記憶效應，最後製得外徑48.10mm、內徑24.10mm、高15.50mm的圓環狀螺栓緊固件。
實施例3元素的質量百分比如下錳15.7％矽5.6％鉻10.5％鎳3.6％碳0.29％鋁1.0％鉬2.0％鐵61.31％各原料組份配比如下(以一爐20Kg計)錳鐵(含錳85％)3.694Kg矽鐵(含矽75％)1.493Kg鉻鐵(含鉻65％)3.231Kg電解鎳0.720Kg焦炭 0.058Kg純鋁 0.200Kg鉬鐵(含鉬55％)0.727Kg純鐵 9.877Kg工藝過程按上述原料比例配料，放入真空感應熔煉爐中，熔煉溫度1380度，1.5小時後澆棒。所得鑄棒長530mm，直徑80mm的鑄棒，鑄棒在800～1000℃溫度間進行鍛造，得直徑55mm的棒材；對棒材於500～650℃溫度間進行6次的反覆退火處理，使之獲得較好的形狀記憶效應，製得外徑48.10mm、內徑24.10mm、高15.50mm的圓環狀螺栓緊固件。
權利要求
1.一種鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料，其特徵在於由鐵、錳、矽、鉻、鎳、碳、鋁、鉬元素組成，其元素的質量百分比如下錳14.6～16.8％矽5.0～6.2％鉻8.9～12.1％鎳3.4～3.8％碳0.15～0.43％鋁0.8～1.2％鉬1.5～2.5％其餘為鐵。
2.根據權利要求1所述的鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料，其特徵在於錳元素採用錳金屬、錳鐵合金之一種；矽採用金屬矽、矽鐵合金之一種；鉻採用鉻金屬、鉻鐵合金之一種；鎳採用電解鎳；碳採用焦炭；鋁採用工業純鋁；鉬採用金屬鉬、鉬鐵合金之一種；鐵採用工業純鐵。
3.一種如權利要求1所述的鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料的製備方法，其特徵在於具體步驟如下(1)配料按照原料配比精確稱取各種原料，用配料機將大塊的原料破碎為小塊，塊度為30～80毫米；(2)加料將含鐵、錳、矽、鉻、鎳元素的原料放入容器中，攪拌2-5分鐘，置於真空感應電爐中的坩堝中，再將含鋁、碳、鉬元素的原料加入坩堝中；(3)熔煉關閉爐門，抽真空，抽氣速率為50-70L/s，使熔煉爐真空度達1.0×10-3～2.0×10-3mmHg，保持此真空度不變，採用感應電流加熱，使原料熔化，攪拌均勻，加熱溫度為1300-1500℃，時間為1～2小時，感應電流的頻率為2500Hz，電壓380V；(4)成型真空下熔煉澆鑄，得鑄棒，其中，真空度為1.0×10-3～2.0×10-3mmHg，熔煉溫度為1300-1500℃；將鑄棒鍛造，得棒材，鍛造溫度為800～1000℃；(5)熱處理將得到的棒材訓練處理，溫度為500～650℃，反覆退火處理6～8次，得到鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料。
4.根據權利要求3所述的鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料的製備方法，其特徵在於得到的材料加工成外徑48.10～48.20mm、內徑24.10～24.20mm、高15.50～15.60mm的圓環狀螺栓緊固件產品。
5.一種如權利要求1所述的鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料在鋼軌、機車車輛用螺栓聯接件的防盜、防鬆脫零件和鐵路野外設備的防盜零件中的應用。
全文摘要
本發明屬材料技術領域，具體涉及一種鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料及其製備方法。由鐵、錳、矽、鉻、鎳、碳、鋁、鉬元素組成，其製備方法為配料、加料、熔煉、成型、熱處理，得到鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料。將得到鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料按需加工，得到圓環狀螺栓緊固件產品。本發明所得鐵路用記憶合金魚尾螺栓緊固件材料在鋼軌、機車車輛用螺栓聯接件的防盜、防鬆脫零件和鐵路野外設備的防盜零件中應用。本發明成本低，加工方法簡單，安裝拆卸方便，記憶合金緊固件在拆卸後經過訓練處理，利用其形狀記憶效應，可被反覆使用。緊固力超過鐵道標準50％以上，靜態與動態試驗結果表明，穩定性良好。
文檔編號C21D11/00GK1804098SQ20061002311
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月5日 優先權日2006年1月5日
發明者何國球, 陳成澍, 殷作虎, 劉曉山, 朱正宇, 胡正飛, 範宋傑, 丁向群, 崔永鵬 申請人:同濟大學, 無錫永新合金球鐵廠(集團)