本发明专利技术提供一种贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料及其在贝氏体钢和珠光体钢焊接中的应用。所述铝热焊接材料各组分的重量百分比含量为：铝粉18％～19％，氧化铁68％～69％，锰铁2.7％～2.8％，铬铁0.6％～0.7％，硅铁1.1％～1.2％，钼铁0.4％～0.6％。其余为铁粉。本发明专利技术还提供一种采用上述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料的钢轨铝热焊接工艺。以本发明专利技术的铝热焊接材料，通过本发明专利技术所述的焊接工艺，焊接珠光体钢钢轨和贝氏体钢钢轨，焊缝金属化学组成接近贝氏体钢，焊缝金属微观组织为无碳化物贝氏体，无裂缝和异常组织；焊接接头具有良好的力学性能，硬度、静弯等都符合现行行业标准。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属焊接
，具体涉及一种用于贝氏体钢与珠光体钢焊接的铝 热焊焊接材料，以及使用该铝热焊焊接材料进行焊接的工艺。
技术介绍
重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视， 特别是在一些幅员辽阔、资源丰富、煤炭和矿石等大宗货物运量占有较大比重的国家。重载 运输技术已被国际上公认是铁路货运发展的方向，成为世界铁路发展的重要趋势之一。为 了适应重载运输需要，我国铁路不断提高车辆载重。2006年我国载重60吨及以上的车辆约 45万辆，占车辆总数的85.7%，其中轴重23吨（载重70吨）的车辆已达到2万多辆，轴重25吨 载重80吨的车辆已有8400多辆，这将对提高铁路运能、缓解货运紧张矛盾、实现铁路内涵扩 大式再生产，推动中国铁路进入重载运输时代具有重要意义。 一般重载运输的列车重量往往在5000吨以上，由于载重量大，对钢轨的强度和韧 性(耐磨性)都提出了很高的要求。目前常用钢轨的组织基本上是珠光体组织，虽然可通过 合金化或热处理技术提高珠光体合金钢的强度，但已接近极限，无法从根本上解决在提高 强度的同时保持较好韧性的问题。近几年出现的强度、韧性、塑性、加工性能倶佳的贝氏体 合金钢满足了重载运输对轨道的要求，因此最先在重载线路中磨耗较严重的区域，如小半 径区段得到应用。未更换的珠光体钢轨与更换的贝氏体钢轨之间的焊接就成为贝氏体钢轨 线上换铺的技术难题。 现有技术中出现的铝热焊焊接材料都是适用于同种钢轨之间的焊接。如公开号 CN102029486A(公开日2011年4月27日）、专利技术名称"高硬度钢轨铝热焊剂及其焊接方法"公 开了一种适用于高硬度钢轨铝热焊的焊剂，由铝粉、氧化铁及合金添加物组成，其中铝粉的 活性铝含量大于98%，粒度30~60目；氧化铁在加热乳制钢材过程中氧化形成，粒度为18~ 80目；其它合金添加物包括铁丸、硅铁、锰铁、铬铁、钒铁、稀土合金。又如公开号 CN104625480A(公开日2015年5月22日）、专利技术名称"一种钢轨铝热焊剂及其焊接方法"的中 国专利技术专利申请，公开了一种用于具有贝氏体组织、高强度铁道钢轨的铝热焊剂。所述铝热 焊剂，按重量百分比计，其包含铝粉18.4%~18.8%、氧化铁67.0%~67.6%、Crl. 4%~ 1.6%、Ni 0.31 %~0.33%、M〇0.14%~0.16%、余量为铸铁丸。该铝热焊剂使得焊缝金属 组织为贝氏体，其硬度可以与贝氏体钢轨母材相匹配。 采用传统的珠光体钢铝热焊剂(铝热焊焊接材料），焊缝的化学成分与珠光体母材 接近;相应的，采用贝氏体钢铝热焊剂，焊缝的化学成分则与贝氏体母材相近。而珠光体和 贝氏体的成分差异较大:珠光体钢的含碳量在0.7%~0.85%，合金元素总含量约1.5%左 右;而贝氏体钢的含碳量为0.15%~0.25%，合金元素含量总和约4%左右。因此，采用珠光 体焊剂焊接，由于碳元素向高合金含量的贝氏体钢轨一侧扩散，会产生异常组织，导致焊接 接头性能差，不符合技术标准，给列车的运行带来安全隐患。 因此，有必要开发出一种新的铝热焊接材料，以解决重载线路珠光体钢轨和贝氏 体钢轨焊接问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的一个目的在于提供一种新的钢轨铝热焊接用铝热焊接材 料。该铝热焊接材料可以确保焊接后，焊接接头中碳含量与贝氏体钢轨中碳含量基本一致， 焊缝和融合界面不会出现异常组织，从而消除了珠光体钢轨带来的增碳影响，实现了两种 钢轨很好的融合。经测定，接头性完全满足现行标准要求，保证了行车安全。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案： -种贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料，由铝粉、氧化铁、铁粉和合金添加物组 成，合金添加物包括锰铁、铬铁、硅铁和钼铁。优选的，所述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料，各组分的重量百分比含量为:铝 粉18%~19%，氧化铁68%~69%，锰铁2.7%~2.8%，铬铁0.6%~0.7%，硅铁1.1 %~ 1.2%，钼铁0.4%~0.6%，其余为铁粉。更优选的，所述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料，各组分的重量百分比含量为： 铝粉18.8%，氧化铁68.8%，锰铁2.79%，铬铁0.62%，硅铁1.12%，钼铁0.5%，其余为铁 粉。优选的，所述铝粉的粒度为1〇~80目。优选的，所述氧化铁的粒度为30~60目。优选的，所述铁粉的粒度为10~80目。 优选的，所述铬铁的粒度为1〇~60目。 优选的，所述钼铁的粒度为10~60目。 本专利技术的另一个目的在于提供所述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料的制备方 法，包括按照上述配比准备各组分，混合均匀，即得。 本专利技术还有一个目的在于提供上述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料在焊接贝 氏体钢和珠光体钢中的应用;特别是在焊接贝氏体钢轨和珠光体钢轨中的应用。 此外，本专利技术还有一个目的在于提供一种采用上述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接 材料的钢轨铝热焊接工艺，所述钢轨铝热焊接工艺包括如下步骤： (1)安装砂型：将待焊接的两根钢轨的端头放置在砂型内；将砂型固定在钢轨上， 密封砂型的左、右两端，使砂型内部形成仅上部有开口的腔室，两个钢轨的端头位于腔室 内； (2)端头预热:通过预热枪对位于砂型中的端头进行预热，至待焊接的两根钢轨的 端头均呈亮红色且上下均匀； (3)浇注铝热焊剂:端头预热完成后，立即将装有所述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊 接材料的坩埚放置在所述砂型开口的上方，使坩埚的浇注口对应开口；点燃设置在铝热焊 剂中间的高温火柴，引发铝热化学，生成的铝热钢水熔化坩埚底部的自熔塞，随即通过所述 开口浇入砂型中； (4)焊后冷却:铝热钢水在空气中自然冷却到900~1000°C;切除多余焊接金属;然 后继续空气中冷却至室温，清除残渣。优选的，所述步骤(1)中，待焊钢轨之间的轨缝宽度26~32mm。 优选的，所述步骤⑵中，预热枪距待焊钢轨的高度40~50mm，预热时间5~6min。 优选的，所述步骤(3)中，焊接60kg/m钢轨，所述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材 料的用量为15.9kg~16.3kg。 还优选的，所述步骤(3)中，焊接75kg/m钢轨，所述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接 材料的用量为17.8kg~18.2kg。 优选的，所述步骤(3)中，焊剂点燃后，焊剂在坩埚中的氧化还原反应时间2~10s， 反应结束后浇铸至砂型前的平静时间2~10s。 焊接贝氏体钢轨和珠光体钢轨的重点是解决碳的扩散问题。在焊接过程中，高温 浇铸的铝热钢水温度在1500°C以上，将待焊钢轨界面附近区域融化，以达到焊接目的。但 是，融化的珠光体一侧含碳量在0.7%以上，贝氏体一侧的碳含量则仅有0.15%~0.25%， 两者相差2~3倍。根据扩散第一定律， J = -D · VC, 其中，D为扩散系数，C为扩散组元的体积浓度(或质量分数）。碳将从珠光体一侧向 焊缝中扩散。而贝氏体焊剂中合金元素含量总和约4%左右，远高于珠光体钢轨中1.5%左 右合金含量，合金元素与碳的结合能力极强，故进一步增强了碳从珠光体钢轨向焊缝中扩 散的趋势。如果焊接材料的组分不适当，铝热钢水与两种待焊钢轨的界面都会出现异常组 织，焊缝的两个界面处都没有很好融合，导致焊接接头性能达不到行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料，由铝粉、氧化铁、铁粉和合金添加物组成，其特征在于，合金添加物包括锰铁、铬铁、硅铁和钼铁；所述贝氏体钢与珠光体钢铝热焊接材料，各组分的重量百分比含量为：铝粉18％～19％，氧化铁68％～69％，锰铁2.7％～2.8％，铬铁0.6％～0.7％，硅铁1.1％～1.2％，钼铁0.4％～0.6％，其余为铁粉。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔成林，丁韦，邹定强，杨艳玲，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京中铁科新材料技术有限公司，中国铁道科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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