Способ термомеханического упрочнения гребня железнодорожного колеса

Изобретение относится к способу термомеханического упрочнения гребня железнодорожного колеса. Способ включает создание упрочненного слоя металла в области гребня колеса путем разогрева локального участка гребня до температур выше критических точек аустенитного превращения и последующего быстрого охлаждения, при этом нагрев поверхностного слоя металла в области гребня колеса осуществляют за счет теплоотдачи от разогретого до температур 1100-1200οС фасонного ролика, имеющего форму, повторяющую профиль локального участка гребня, подлежащего термической обработке, который обкатывают по окружности колеса, а охлаждение разогретого слоя металла в области гребня колеса осуществляют путем аэрозольного распыления охлаждающей жидкости, подаваемой через форсунку. Технический результат заключается в получении равномерной глубины и твердости упрочненного слоя как по поверхности гребня, от ножки до вершины, так и по диаметру всего колеса, а также в повышении производительности термообработки. 1 ил.

 

Изобретение, прототипами которого являются способ упрочнения железнодорожных колес подвижного состава [1] и способ упрочнения и железнодорожное колесо с упрочненной рабочей поверхностью [2], относится к области поверхностной упрочняющей обработки термическими методами изнашивающейся в эксплуатационный период поверхности гребня железнодорожного колеса в условиях ремонтного производства. Отличительная особенность заявленного способа от прототипа состоит в том, что нагрев поверхностного слоя металла гребня колеса осуществляется за счет теплоотдачи от разогретого до высоких температур фасонного ролика, имеющего форму, повторяющую профиль участка, подлежащего термической обработке, который обкатывается по окружности колеса, а охлаждение разогретого металла происходит за счет аэрозольного распыления охлаждающей жидкости, подаваемой через форсунку.

За последние два десятилетия на сети железных дорог России особо остро стоит вопрос снижения износа гребней колес в кривых участках пути. Мероприятия, проводимые для снижения износа гребней, в основном, связаны с уменьшением коэффициента скольжения в сопряжении «колесо-рельс» и увеличением твердости поверхности гребня. Кроме того, проводятся исследования способов и режимов термического упрочнения металла гребня с целью повышения его твердости и износостойкости в эксплуатации. В настоящее время способы упрочнения поверхности катания железнодорожных колес основаны на закалке металла в поверхностном слое низкотемпературной плазменной струей или плазменной дугой с целью получения структуры многослойной структуры, содержащей сорбит. Однако при использование указанных методов в случае нарушения режимов работы плазмотрона и фокусировки плазменной струи возникает оплавление и снижение прокаливаемости поверхности гребня, в результате чего не достигается требуемая микроструктура и твердость упрочненного слоя гребня.

Аналогом заявленного способа, применяемого в настоящее время для упрочнения поверхностного слоя поверхности катания и гребня железнодорожного колеса, является способ упрочнения железнодорожных колес, который в отличие от предлагаемого способа осуществляет упрочнение только поверхности катания колеса низкотемпературной плазменной дугой прямого действия. Таким образом, применение данного способа при упрочнении гребня железнодорожного колеса имеет следующие недостатки: использование дорогостоящего плазмообразующего газа аргона или смеси аргона с гелием и углеродосодержащими газами, недостаточная ширина покрытия 10-30 мм плазменной дугой упрочняемой зоны гребня колеса, ширина которой должна составлять 35±5 мм.

Для исключения вышеуказанных недостатков предлагается использовать разработанный в Омском государственном университете путей сообщения на кафедре «Технологии транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава» способ термомеханического упрочнения гребней железнодорожных колес.

Способ термомеханического упрочнения гребня (фиг. 1) заключается в создании упрочненного слоя металла в области гребня колеса путем разогрева локальных его участков до температур выше критических точек аустенитного превращения и последующего быстрого охлаждения. В процессе упрочнения осуществляется обкатывание под давлением поверхности гребня 1 железнодорожного колеса 2, вращающегося со скоростью nк, профилирующим роликом 3, воспроизводящим профиль гребня и вращающимся со скоростью nр. При этом ролик 3 разогревается до температур 1100-1200°С и в результате контакта с поверхностью гребня 1 осуществляет передачу тепла и ее разогрев до температур закалки, после чего разогретый слой гребня охлаждается путем аэрозольного распыления охлаждающей жидкости, подаваемой через форсунку 4. Таким образом, заявленный способ термомеханического упрочнения позволяет за один оборот железнодорожного колеса прогреть поверхность гребня на требуемую глубину упрочняемого слоя с последующим быстрым охлаждением, что способствует получению многослойной закаленной микроструктуры повышенной твердости. Преимущество данного способа заключается в мобильности, простоте использования и снижении энергопотребления.

Применение способа термомеханического упрочнения гребня железнодорожного колеса позволит повысить производительность и снизить потребление электроэнергии, а также сократить себестоимость за счет исключения из процесса плазмообразующего газа и плазмотрона, сопло которого под воздействием плазмы быстро выходит из строя.

Список литературных источников

1. Пат. 2430166 Российская федерация, C21D 9/34 (2006.01), C21D 1/09 (2006.01). Способ упрочнения железнодорожных колес и железнодорожное колесо с упрочненной рабочей поверхностью / В. Цой, А.Е. Балановский; заявитель и патентообладатель Некоммерческое партнерство «Национальный центр развития инновационных технологий» (НП НЦРИТ). -№2010107411/02; заявл. 01.03.2010; опубл. 27.09.2011; бюл. №27.

2. Пат. RU93053881A Российская федерация, C21D 9/34 (1995.01), C21D 1/09 (1995.01). Способ упрочнения колес железнодорожного подвижного состава / Н.В. Павлов, Е.А. Кругляков, Ю.Г. Светлов, Ю.В. Зеленский, Ю.Г. Редькин; заявитель и патентообладатель Н.В. Павлов, Е.А. Кругляков, Ю.Г. Светлов, Ю.В. Зеленский, Ю.Г. Редькин. - №93053881/02; заявл. 03.12.1993; опубл. 27.12.1996.

Способ термомеханического упрочнения гребня железнодорожного колеса, включающий создание упрочненного слоя металла в области гребня колеса путем разогрева локального участка гребня до температур выше критических точек аустенитного превращения и последующего быстрого охлаждения, отличающийся тем, что нагрев поверхностного слоя металла в области гребня колеса осуществляют за счет теплоотдачи от разогретого до температур 1100-1200°С фасонного ролика, имеющего форму, повторяющую профиль локального участка гребня, подлежащего термической обработке, который обкатывают по окружности колеса, а охлаждение разогретого слоя металла в области гребня колеса осуществляют путем аэрозольного распыления охлаждающей жидкости, подаваемой через форсунку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к термической обработке железнодорожных колес. Способ термической обработки железнодорожных колес из стали, содержащей, мас.%: С 0,55-0,63, Mn 0,50-0,90, Si 0,22-0,45, Cr ≤0,20, Ni ≤0,25, V 0,02-0,07, Mo 0,04-0,06, Fe – остальное, включает нагрев колеса до температуры аустенизации, охлаждение рабочего слоя элементов обода колеса, последующую выдержку колеса на воздухе и отпуск.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке стали пониженной (ПП) и регламентированной (РП) прокаливаемости. Способ обработки заготовок из стали с содержанием углерода более 0,35 мас.% с регламентируемой (РП) или пониженной прокаливаемостью (ПП) включает горячую обработку давлением и термическую обработку.

Изобретение относится к области обработки черных металлов и может быть использовано при производстве колесных железнодорожных бандажей. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является исключение изломов бандажей по знакам маркировки, повышение их надежности и безопасности локомотивных бандажей в эксплуатации.

Изобретение относится к способу термической противофлокенной обработки железнодорожных колёс. Способ включает в себя охлаждение колёс из аустенитной области, изотермическую выдержку и замедленное охлаждение.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке железнодорожных колес. Для повышения износостойкости рабочего слоя обода и механических свойств, а также приободной части диска колеса осуществляют термическую обработку железнодорожного колеса из стали, содержащей, мас.%: С 0,75-0,77, Mn 0,82-0,9, Si 0,3-0,4, Cr 0,18-0,25, Ni 0,15 -0,25, V 0,02-0,04, Mo 0,04-0,06.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке цельнокатаных железнодорожных колес. Для улучшения механических и эксплуатационных свойств железнодорожное колесо нагревают до температуры аустенизации, погружают его в закалочный бак на глубину до точки начала перехода обода в диск и охлаждают при одновременном вращении железнодорожного колеса, затем проводят отпуск при температуре 450-550°C, причем температура закалочной среды в баке составляет 15-30°C, процесс закалки длится 100-250 с, а вращают колесо с частотой 90-150 об/мин.

Изобретение относится к области термической обработки. Для повышения конструктивной и усталостной прочности цельнокатаных железнодорожных колес за счет повышения одновременно прочностных, пластических и вязких характеристик металла их дисков, уровня сжимающих напряжений в колесе осуществляют нагрев колес до температуры аустенизации, последующее прерывистое трехстороннее охлаждение обода вращающегося в вертикальной плоскости колеса водой из спрейерных устройств, двухстороннее принудительное охлаждение диска и мест перехода диска в обод и ступицу сжатым воздухом из не менее двух форсунок с каждой стороны, присоединенных к общей воздушной магистрали, при этом соседствующие форсунки с каждой из сторон охлаждения располагаются друг относительно друга на расстоянии, при котором пятна обдува от форсунок перекрываются на величину их радиусов, а давление воздуха в воздушной магистрали поддерживается в пределах 4-5 атмосфер, время охлаждения диска и мест перехода диска в обод и ступицу составляет 0,8-1,5 от заданного времени охлаждения обода.

Изобретение относится к технологии обработки высоконагружаемых железнодорожных колес и может быть использовано для упрочняющей термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес различной формы. Способ включает нагрев до температуры аустенизации, выдержку при этой температуре, прерывистую закалку обода водой, последующее охлаждение колес и отпуск.

Изобретение относится к металлургии, а именно к оборудованию для термической обработки железнодорожных колес, и может быть использовано в черной металлургии и машиностроении в линиях термической обработки колес. Устройство содержит 2 опорных ролика, 2 поддерживающих ролика и размещенные между ними спрейеры для подачи охлаждающей жидкости.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Способ включает расточку бандажа, нагрев бандажа и установку бандажа на колесный центр.
Наверх