Способ термической обработки деталей автосцепки
Владельцы патента RU 2415182:
Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)
Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к термической обработке литых стальных деталей, а именно деталей автосцепки, применяемой для автоматического сцепления железнодорожного подвижного состава. Способ термической обработки деталей автосцепки включает индукционный нагрев хвостовика корпуса автосцепки и последующее охлаждение корпуса автосцепки. Индукционный нагрев хвостовика корпуса автосцепки осуществляют при температуре 890-940°С в течение 5-30 минут. Охлаждение корпуса автосцепки осуществляют потоком воды, циркулирующей по замкнутому контуру, в течение 0,4-2,5 минут. Заявленное техническое решение позволяет повысить твердость и циклическую долговечность материала деталей автосцепки, в частности хвостовика автосцепки. 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к термической обработке литых стальных деталей, а именно деталей автосцепки, применяемой для автоматического сцепления железнодорожного подвижного состава.
Автосцепка (автосцепное устройство) представляет собой устройство для автоматического сцепления железнодорожного подвижного состава, передачи и смягчения действия продольных усилий, развиваемых при движении и остановке поезда, а также при маневровой работе. Обеспечивает автоматическое сцепление подвижного состава при соударении, автоматическое возвращение деталей механизма в положение готовности к сцеплению после разведения подвижного состава и возможность работы "на буфер", когда при соударении автосцепки их сцепления не требуется. Одним из элементов (деталей) автосцепки является корпус автосцепки, который предназначен для передачи ударно-тяговых усилий упряжному устройству и для размещения механизма, вместе с которым осуществляется сцепление и расцепление вагонов. Корпус автосцепки представляет собой пустотелую фасонную отливку, состоящую из головной части и хвостовика. Внутри головной части размещаются детали механизма автосцепки.
В настоящее время в вагоноремонтных депо после плановых видов ремонта, связанных с наплавкой, применяется способ термической обработки деталей автосцепки, который предусматривает печной нагрев корпуса автосцепки целиком до температуры 930°С в течение 2 часов и его последующее охлаждение на воздухе. Для указанной термообработки используется шахтная печь. Основным недостатком существующего способа является получение низкой твердости хвостовой части корпуса автосцепки (130-150 НВ), которая не соответствует требованиям СТО РЖД 1.05.003-2006 «Детали литые автосцепного устройства подвижного состава железных дорог общего пользования».
Известен также способ термической обработки литых деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, применяемых в автосцепках железнодорожного подвижного состава (Патент РФ №2100451 Cl, C21D 1/56, опубл. 27.12.1997), включающий нагрев и последующее охлаждение потоком воды, по меньшей мере, части корпуса автосцепки. В данном способе нагрев деталей осуществляют в печи до температуры 950°С, а охлаждение - потоком воды, находящимся под избыточным давлением 0,1-0,2 МПа и движущимся с определенной скоростью.
Недостатками данного способа являются использование печного нагрева до температуры 950°С, что приводит к росту зерен и снижению характеристик ударной вязкости и пластичности стали, а также отсутствие ограничения по времени охлаждения детали, что может привести к значительному повышению твердости и снижению хрупкой прочности.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение твердости и циклической долговечности материала деталей автосцепки, в частности хвостовика автосцепки.
Указанный технический результат достигается тем, что способ восстановления корпуса автосцепки железнодорожного состава включает наплавку изношенных поверхностей, индукционный нагрев хвостовика корпуса автосцепки при температуре 890-940°С в течение 5-30 минут и охлаждение корпуса автосцепки потоком воды, циркулирующим по замкнутому контуру, в течение 0,4-2,5 минут.
Осуществление индукционного нагрева только хвостовой части (хвостовика) корпуса автосцепки при температуре 890-940°С в течение 5-30 минут и дальнейшее охлаждение корпуса автосцепки потоком воды, циркулирующей по замкнутому контуру, в течение 0,4-2,5 минут позволяет повысить твердость материала хвостовика автосцепки до 192 - 262 НВ, что соответствует нормативным требованиям, а также повысить циклическую долговечность в 1,4 раза по сравнению с известными способами термической обработки.
Выбор интервала температуры (890-940°С) индукционного нагрева хвостовика корпуса автосцепки обусловлен тем, что при температуре ниже 890°С в исходной структуре стального материала остаются участки избыточного феррита, что приведет к снижению твердости после термической обработки ниже нормативных требований. При индукционном нагреве свыше 940°С происходит рост зерна аустенита и ухудшение характеристик пластичности.
Время индукционного нагрева составляет 5-30 минут и зависит от мощности используемой установки, определяемой возможностями силовой подстанции депо. При индукционном нагреве менее 5 мин автосцепка не достигает требуемой температуры 890°С, что приводит к сохранению участков избыточного феррита и низкой твердости после закалки, а более 30 мин происходит рост зерна аустенита и уменьшение пластичности и ударной вязкости.
Охлаждение корпуса автосцепки осуществляют потоком воды, циркулирующей по замкнутому контуру, в течение 0,4-2,5 минут. При охлаждении потоком воды менее 0,4 мин происходит отпуск поверхностного упрочненного слоя металла за счет тепла глубинных слоев и снижается его твердость, при охлаждении более 2,5 мин металл приобретает повышенную твердость, что в процессе дальнейшей эксплуатации автосцепки может привести к образованию трещин в хвостовике автосцепки.
На чертеже схематично показано оборудование для осуществления термической обработки деталей автосцепки.
Оборудование для реализации заявленного способа термической обработки деталей автосцепки может состоять из индуктора 1 для нагрева хвостовика автосцепки, источника питания 2, например УИН622-200/Р, закалочного бака 3, закалочного устройства 4, блока согласующих трансформаторов 5, насоса 6.
Способ восстановления корпуса автосцепки железнодорожного состава, включающий термическую обработку одной из ее деталей, а именно корпуса автосцепки, осуществляется следующим образом.
Термическая обработка корпуса автосцепки осуществляется на сети железных дорог, в основном, после плановых видов ремонта автосцепки, включающих наплавку перемычки и восстановление изношенных поверхностей от балочки, заварку трещин и поверхностных дефектов, восстановление перемычки методом электрошлакового переплава. После ремонта корпуса автосцепки осуществляют индукционный нагрев хвостовика корпуса автосцепки устройства в индукторе 1 при температуре 890-940°С в течение 5-30 минут. После этого корпус автосцепки из индуктора 1 переносят в закалочный бак 3. Далее с помощью закалочного устройства 4 осуществляют охлаждение корпуса автосцепки потоком воды, циркулирующим по замкнутому контуру, в течение 0,4-2,5 мин. После окончательного остывания корпуса автосцепки производят контроль твердости материала на предварительно зачищенных участках хвостовика автосцепки на соответствие требованиям СТО РЖД 1.05.003-2006.
В табл.1 приведены примеры осуществления различных режимов термообработки деталей автосцепки.
| Табл.1 | ||||
| № п/п |
Температура индукционного нагрева хвостовика, °С |
Время индукционного нагрева хвостовика, мин | Время охлаждения корпуса автосцепки потоком воды, мин | Качество хвостовика автосцепки, полученного после термической обработки |
| 1 | 885 | 15 | 1 | Наличие в структуре избыточного феррита из-за недогрева, снижение твердости и прочностных свойств |
| 2 | 915 | 10 | 1,5 | Получение требуемой твердости 192-262 НВ, необходимого уровня прочностных свойств и структуры троостита |
| 3 | 945 | 6 | 2 | Рост зерна и снижение ударной вязкости и пластичности |
| 4 | 885 | 15 | 1 | Наличие в структуре избыточного феррита из-за недогрева, снижение твердости и прочностных свойств |
| 5 | 915 | 4 | 1,5 | Наличие в структуре избыточного феррита, снижение твердости и прочностных свойств |
| 6 | 945 | 6 | 2 | Рост зерна и снижение ударной вязкости и пластичности |
| 7 | 885 | 15 | 1 | Наличие в структуре избыточного феррита из-за недогрева, снижение твердости и прочностных свойств |
| 8 | 915 | 10 | 3 | Получение твердости, превышающей требуемые значения 192-262 НВ, снижение характеристик пластичности и ударной вязкости |
| 9 | 945 | 6 | 2 | Рост зерна и снижение ударной вязкости и пластичности |
| 10 | 895 | 12 | 1,2 | Получение требуемой твердости 192 - 262 НВ, необходимого уровня прочностных свойств и структуры троостита |
Из приведенных выше примеров следует, что для получения качественных деталей автосцепки (в частности, хвостовиков) необходимо при проведении термической обработки использовать заявленные режимы (№2, 10 в табл.1), поскольку выход за любые указанные режимы (№1, 3-9 в табл.1) при проведении термической обработки приводит к получению деталей автосцепки, обладающих существенными недостатками и физико-химические параметры материала которых не соответствуют требованиям нормативных документов РЖД.
Таким образом, заявленный способ позволяет упрочнить детали автосцепки и повысить срок эксплуатации всего автосцепного устройства.
Способ восстановления корпуса автосцепки железнодорожного состава, включающий наплавку изношенных поверхностей, индукционный нагрев хвостовика корпуса автосцепки при температуре 890-940°С в течение 5-30 мин и охлаждение корпуса автосцепки потоком воды, циркулирующим по замкнутому контуру, в течение 0,4-2,5 мин.
