Способ термической обработки колес

 

Сущность изобретения: способ включает нагрев колеса до температуры аустенйтизации, охлаждение обода при вращении колеса в вертикальном положении путем подачи охлаждающей жидкости на поверхность катания и примыкающие к ней части боковых граней, равные половине толщи-, ны обода, и последующий отпуск. При охлаждении обода производят дополнительную подачу охладителя на остальную часть боковых граней обода с уменьшением ее расхода пропорционально увеличению расстояния от середины толщины обода, при этом расход дополнительно подаваемой охлаждающей жидкости составляет 35-40% расхода жидкости на примыкающие к поверхности катания части боковых граней обода. 2 табл., 1 ил. СП С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5»5 С 21 D 9/34

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

О

Ф о (21) 4857398/02 (22) 04.06.90 (46) 15.01.93. Бюл. М 2 (71) Нижнеднепровский трубопрокатный завод им. Карла Либкнехта (72) А.К.Ващенко, В.B.Oçèìèíà, M,È,Ñòàðoселецкий, Ю.А.Башнин, В,А.Рыков, В,И.Коваленко, Н,Г,Мирошниченко, В,M.Oçèìèí и В.Г.Дюбченко (56) Термическая обработка и контроль механических свойств цельнокатаных железнодорожных колес, Технологическая инструкция ТИ 243-П-11-87. Нижнеднепровский трубопрокатный завод. r. Днепропетровск, 1987, (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

КОЛЕС

Изобретение относится к металлургии и совершенствует способ термической обработки цельнокатаных колес, Мировая практика производства и эксплуатации цельнокатаных колес Свидетельствует, что практически во всех странах— производителях колес последние подвергаются термической обработке с целью их упрочнения и, следовательно, повышения срока службы и эксплуатационной надежности как колес, так и подвижного состава в целом.

Наибольшее применение получила термическая обработка колес путем закалки обода с последующим отпуском всего колеса, Многочисленными исследованиями установлено, что для повышения служебных характеристик цельнокатаных колес необходимо производить их термическую обработку таким образом, чтобы во всех слоях

„„Я2„„1788046 А1 (57) Сущность изобретения: способ включает нагрев колеса до температуры аустенитизации, охлаждение обода при вращении колеса в вертикальном положении путем подачи охлаждающей жидкости на поверхность катания и примыкающие к ней части боковых граней, равные половине толщи-.. ны обода, и последующий отпуск. При охлаждении обода производят дополнительную подачу охладителя на остальную часть боковых граней обода с уменьшением ее расхода пропорционально увеличению расстояния от середины толщины обода, при этом расход дополнительно подаваемой охлаждающей жидкости составляет 35 — 40% расхода жидкости на примыкающие к поверхности катания части боковых граней обода. 2 табл„1 ил, обода были получены высокодисперные пластинчатые продукты распада аустенита и мелкозернистое строение стали при максимальном подавлении выделений свободного феррита по границам перлитных зерен.

Характеристики прочности стали ободьев цельнокатаных железобетонных колес, подвергнутых уп рочн я о щей термической обработке, согласно ГОСТ 10791-81 должны соответствовать следующим нормам: на глубине 30 мм — временное сопротивление разрыву, кгс/мм — 93 — 113.— — твердость, Нв, не менее — 255

Величина твердости на глубине Ьо мм от поверхности катания в настоящее время является факультативной (п,2,12, ГОСТ 1079181), в связи с нестабильностью фактических результатов испытаний.

1788046

10

20

Средний срок службы колес с указанными характеристиками прочности — 10 лет.

Известен способ термической обработки цельнокатаных колес, включающий нагрев до температуры аустенитизации, охлаждение обода путем подачи охлаждающей жидкости на поверхности катания и последующий отпуск.

Указанный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что упрочнение обода колеса происходит, в основном, за счет отвода тепла через поверхность катания. Возникающий при таком упрочнении большой температурный градиент в ободе приводит к "возникновению значительных остаточных напряжений, обуславливающих низкую конструктивную прочность колес при ударном нагружении, а также к существенному короблению колес (0,6 — 1,2 мм). При данном способе упрочнения -практически исключена возможность регулировать скорость охлаждения различных слоев обода (особенно внутренних), что затрудняет получение заданного комплекса свойств у колес различного химсостава.

Все это"приводит к неоДнородности структуры и характеристик прочности по глубине обода (упрочненный слой составляет всего 30 — 35 мм). При эксплуатации указанных колес по мере уменьшения толщины обода степень износа обода резко возра... стает, что приводит к снижению срока службы колес. .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предла" гаемому является способ термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес, включающий нагрев до температуры аустенитизации, охлаждение, обода при вращении колеса в вертикальном положении путем подачи охлаждающей жидкости на поверхность катания и примыкающие к ней части боковых граней, равные половине толщины обода, и последующий отпуск.

Недостатком этого способа также является наличие значительного температурного градиента по сечению обода колес. Это приводит к уменьшению степени дисперсн0стй продуктов распада аустенита, снижению характеристик прочности и износостойкости, особенно резко в слое на глубине 45 ... 60 мм. Указанный недостаток весьма актуален, учитывая требования

ГОСТ 10791-81 по контролю твердости на глубине 50 мм.

Цель изобретения — увеличение срока службы колес.

Задача, которую при этом необходимо решить, заключается в повышении характеристик прочности по всему сечению обода, 4

Поставленная цель достигается тем, что в способе термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес, включающем нагрев до температуры аустенитизации, охлаждение обода при вращении колеса в вертикальном положении путем подачи охлаждающей жидкости на поверхности катания и примыкающие к ней части боковых граней, равные половине толщины обода, и последующий отпуск, согласно изобретению при охлаждении обода производят дополнительную подачу охладителя на остальную часть боковых граней обода с уменьшением ее расхода пропорционально увеличению расстояния от середины толщины обода, при этом расход дополнительно подаваемой охлаждающей жидкости составляет 35 — 40 расхода жидкости на примыкающие к поверхности катания части боковых граней обода.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Цельнокатаное железнодорожное колесо нагревают до температуры аустенитизации и передают на закалочную машину. Закалочная машина имеет стол для приемки колес с установленными на нем 3-мя роликами, один из которых является приводным. .Для осуществления закалки нагретое колесо укладывают на приемный стол установки, после чего измеряют температуру колес на закалочной машине радиационным пирометром ТЭРА-50 (ГОСТ 6924-74) вталкивают колесо пневматическим толкателем на поворотный стол до контакта с приводным роликом и поворачивают стол вместе с колесом на 90 при вертикальном положении последнего, Охлаждение обода при вращении колеса в вертикальном положении осуществляют водой с помощью спрейерных устройств. Вода на обод колеса поступает из двух спрейеров, Спрейеры установлены по одну и другую стороны приводного ролика. Каждый, спрейер состоит из двух частей. Одна часть охлаждает боковую грань обода с внутренней стороны, а другая — поверхность катания и боковую грань обода с наружной стороны. Расстояние между спрейерами и охлаждаемой поверхностью колеса составляет 35+5 мм.

Установка и настройка спрейеров проверяется на горячем бракованном колесе вращающемся в вертикальном положении. Подача охлаждающей жидкости производится на поверхность катания и примыкающие к ней части боковых граней, равные половине тол-. щины обода. Кроме охлаждения указанной., зоны (основной) обода, производят дополнительную подачу охладителя на остальную

1788046 часть боковых граней с уменьшением ее расхода пропорционально увеличению расстояния от середины толщины обода, при этом расход дополнительно подаваемой охлаждающей жидкости составляет 35 — 40 расхода жидкости на примыкающие к поверхности катания части боковых граней обода. Это обеспечивается количеством выходных отверстий спрейеров, Места перехода обода в диск {"яблоко") не должны подвергаться непосредственному охлаждению водой. Температура воды при закалке должна быть в пределах 27—

35 С. Продолжительность закалки колес в зависимости от содержания массовой доли углерода + 1/4 марганца составляет 140 ...

220 с. После окончания закалки колеса краном-тележкой подают в стапелирующее устройство, где собираются в стопы по 6 шт.

Собранные стопы колес передают на спе. циальные площадки в кассеты для подстуживания, Продолжительность подстуживания стоп перед отпуском составляет 25 ...

50 мин, Затем стопы колес поступают в электроколодцы для отпуска при температуре 360 — 520 С, Продолжительность отпуска не менее 2 ч 30 мин.

На чертеже приведено радиальное сечение обода колес с изображением эпюр расхода охладителя, На чертеже приняты обозначения: 1— основная зона охлаждения; 2 — зона дополнительной подачи охладителя.

Как видно из сущности предлагаемого решения признаки произведения дополнительной подачи охладителя на остальную часть боковых граней обода с уменьшением ее расхода пропорционально увеличению расстояния от середины толщины обода, нормирования расхода дополнительно подаваемой охлаждающей жидкости в пределах 35 — 407; расхода жидкости на примыкающие к поверхности катания части боковых граней обода отличают заявляемое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решению критерию "новизна".

Предложенный способ обеспечивает повышение характеристик прочности по всему сечению обода и, как следствие, увеличение срока службы колес. Эти новые свойства способа термической обработки отличают заявляемое решение от известных и обуславливают ему соответствие критерию "существенные отличия", Введение дополнительной подачи охладителя на части боковых граней обода, примыкающих к поверхности внутреннего диаметра, обеспечивает увеличение скорости охлаждения по всему сечению обода и

40 повышение степени дисперсности продуктов распада аустенита и, соответственно, характеристик прочности и износостойкости.

Проведение указанной дополнительной подачи охлаждения дифференцированно с уменьшением расхода охлаждающей жидкости пропорционально увеличению расстояния от середины толщины обода, обес печи вает умен ьш ение тем пературного градиента в ободе при его охлаждении и снижение уровня остаточных напряжений, Нормирование расхода охлаждающей жидкости, подаваемой на части боковых граней обода, примыкающие к поверхности внутреннего диаметра в пределах 35 — 40 от объема охлаждающей жидкости, подаваемой на части боковых граней, примыкающие к поверхности катания обеспечивает наиболее эффективное охлаждение указанных частей обода.

При уменьшении расхода охлаждающей жидкости менее 35 наблюдается некоторое снижение характеристик прочности и износостойкости на глубине 50 мм от поверхности катания.

Увеличение расхода охлаждающей жидкости более 40 связано с повышением температурного градиента между элементами колеса и переохлаждением места перехода из обода в диск и приободной части диска, что повышаетуровень остаточных напряжений.

Пример 1. Цельнокатаные железнодорожные колеса диаметром 950 мм из стали с содержанием 0,55 (нижний предел по

ГОСТ 10791-81) и марганца 0,68 нагревали до температуры аустенитизации (860 С) и помещали в установку для прерывистого охлаждения обода при вращении колеса в вертикальном положении, Скорость вращения колеса в машине — 100 об/мин. Давление воды в спрейерных коробках — 2 †3 атм.

45 Удельный расход воды 60 — 70 м /ч, при . этом на части боковых граней, примыкающие к поверхности внутреннего диаметра подавали 37 от объема воды, подаваемой на части боковых граней, примыкающие к

50 поверхности катания, с уменьшением расхода воды пропорционально увеличению расстояния от основной зоны охлаждения, что обеспечивалось количеством и площадью выходных отверстий спрейеров.

55 Продолжительность закалки составляла

220 с. После подстуживания колес в течение

30 мин проводили отпуск колес в течение

2,5 ч при 460 С.

Пример 2. Цельнокатаные железнодорожные колеса диаметром 950 мм из ста1788046

Таблица 1

Характери прочнос

Пример 1 на глубине 30 мм временное coRp разрыву, кгс/см твердость, НВ на глубине 50 м твердость, НВ

Пример 2 на глубине 30 мм временное сопр разрыву, кгс/см твердость, НВ на глубине 50 м тве дость ли с содержанием углерода 0,65% и марганца 0,82/ нагревалй до температуры аустенитизации (830 С) и помещали в установку для прерывистого охлаждения обода при вращении колеса в вертикальном положении. Скорость вращения колеса—

100 об/мин. Давление воды в спрейерных коробках — 2 — 3 атм, Удельный расход воды 50 — 60 м /ч, при этом на части бокоз вых граней, примыкающие к поверхности внутреннего диаметра подавали 37 от объема воды, подаваемой на части боковых граней, примыкающие к поверхности катания с уменьшением расхода воды пропорционально увеличению расстояния от основной зоны охлаждения, что обеспечивалось количеством и площадью выходных отверстий спрейеров, Продолжительность закалки составляла 140 с. После подстуживания в течение 20 мин проводили отпуск колеса в течение 2,5 ч при 520 С, Результаты контроля характеристик прочности металла обода колес, подвергнутых термическому упрочнению по предлагаемому способу, приведены в табл.1, Здесь же приведены результаты контроля сравнительных колес этих же плавок, обработанных по способу прототипа, Для исследования износостойкости металла были вырезаны образцы из слоя на глубине 50 мм от поверхности катания опытных и сравнительных колес, Результаты приведены в табл,2, Таким образом, установлено, что благодаря повышению прочности глубинных слоев (на глубине 30 и 50 м), а также повышения дйсперсности структур по всему сечению обода стойкость колес, обработанных по предлагаемому способу, повышается на

11 — 16%.

5 Годовая экономическая эффективность прйменения предлагаемого способа может быть подсчитана за счет прироста прибыли при производстве продукции улучшенного качества.

10 Э = (Ц2- LI,>) х Ag, где Ц1 и Цг — цена 1 колеса до и после внедрения мероприятия, Аг — объем производства.

Формула изобретения

Способ термической обработки колес, включающий нагрев до температуры аустенизации, охлаждение обода при вращении

20 колеса путем подачи охлаждающей жидкости на поверхность катания и примыкающие к ней части боковых граней, равные половине толщины обода, и последующий отпуск, отличающийся тем, что, с целью

25 увеличения срока службы колес за счет повышения прочностных характеристик по сечению обода, .производят дополнительную подачу охладителя на остальную часть боковых граней обода с уменьшением ее

30 расхода пропорционально увеличению расстояния от середины толщины обода, при этом расход дополнительно подаваемой охлаждающей жидкости составляет 35—

40 / расхода жидкости на примыкающие к

35 поверхности катания части боковых граней обода.

1788046

Таблица 2

Составитель B. Озимин

Техред М.Моргентал Корректор Л. Лукач

Редактор

Производств нно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 50 Гираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5