Способ термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес

 

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС, включающий на -рев до температуры аустенизации, независимое охлаждение обода и диска и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повьппения конструктивной прочности путем получения дисперсных структур с пластинчатым строением карбидной фазы и снижения остаточных напряжений, охлаждение обода ведут до среднемассовой температуры 400-450с, осуществляют вьщержку в течение 15-30 с, после чего охлаждение диска проводят одновреQ менно со ступицей воздухом со скоростью ниже критической. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(50 С 21D 9 34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3491784/22-02 (22) 21.09.82 (46) 23.04.84. Бюл. Ф 15 (72) И. Г. Узлов, А. И. Козловский, Н.Г.Мирошниченко, M.È.ÑòàðoñåëåöêHé, В.И.Школа, З.М.Босис, М.В.Кузьмичев, Б.А.Перков, В.Г.Дюбченко, П.С.Шевченко, В.В.Озимина и В.А.Рыков (71) Институт черной. металлургии и Нижнеднепровский трубопрокатный завод им. К.Либкнехта (53) 621.785.796:629.1 1.012.3(088.8) (56) 1. Патент Румынии Ф 61339, кл. С 21 D 1/60, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 755862, кл. С 21 D 9/34, 1978.

„„SU„;, 1087557 А (54) (57) СПОСОБ ТЕРМ11 1ЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖГЛБ311ОДОРОЖНЫХ

КОЛЕС, включающий нагрев до температуры аустенизации, независимое охлаждение обода и диска и отпуск, отличающий с я тем, что, с целью повышения конструктивной прочности путем получения дисперсных структур с пластинчатым строением карбидной фазы и снижения остаточных напряжений, охлаждение обода ведут до среднемассовой температуры 400 †4 С, осуществляют выдержку в течение 15-30 с, после чего охлаждение диска проводят одновре— менно со ступицей воздухом со скоростью ниже критической.

1087557

30

40

S0

Изобретение относится к термической обработке металлов, в частности к термической обработке железно-. дорожных колес.

Цельнокатаное колесо работает в. сложных условиях, которые определяются высокими напряжениями в контакте колесо-рельс, нагрузками при знакопеременном нагружении диска, воздействием ударов о стыки и т.д.

Поэтому для надежной работоспособности колеса в эксплуатации необходимо получить в нем наиболее благоприятную систему остаточных напряжений, а цементит в структуре материала обода и диска должен иметь пластинчатое строение, что обеспечит высокую конструктивную прочность-.

Иэ вестен способ термиче ской обработки моноблочных железнодорожных колес из стали, содержащей 0,540,62Х С и 0,4-0,87 Ип, который включает нагрев до 830-850 С, охлаждение 180 с обода водой при давлении

2-5 атм (175 /мин) и обдув воздухом (1-3 атм) диска и ступицы (125 /мин), отпуск при 450-500 С в течение

1-3 ч f1 3.

Недостатком этого способа является несоответствующая требованиям конструктивная прочность колес. Это обусловлено тем, что охлаждение различных по массе элементов колеса (обода, диска, ступицы) начинают одновременно, что не обеспечивает должной эксплуатационной надежности колес из-эа высокого уровня и неблагоприятной системы остаточных напряжений. Одновременное охлажде,ние обода и диска с указанными скоростями приводит к образованию в, ободе сжимающих напряжений недостаточно высокого уровня или даже растягивающих напряжений. Кроме этого, охлаждение обода и диска со ступицей с разной скоростью создает значительный градиент напряжений в местах перехода диска в обод и, ступицу.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес, включающий нагрев до температуры аустенитиэации, независимое охлаждение обода и диска и отпуск. При э"î.ì охлаждение диска осуществляют одновременно с охлаждением мест перехода в обод и ступицу, начинают его по достижении в ободе среднемассовой температуры 480-520 С и производят со о скоростью вьппе критической 12 3.

Однако это приводит к получению структуры диска, состоящей из феррита и глобулярного цементита и, следовательно, низким значениям долговечности и вязкости разрушения ввиду большой скорости распространения трещины при нагружении, что также оказывает отрицательное воздействие на конструктивную прочность. Для обеспечения конструктивной прочности (надежности) изделий, необходимо получить более высокие значения отношения 6 к Й, что характерно для стали со структурой сорбита закалки и свидетельствует о ее большей способности к перераспределению напряжений и меньшей чувствительности к концентрации напряжений по сравнению со структурой сорбита отпуска.

Целью изобретения является повышение конструктивной прочности путем получения дисперсных структур с пластинчатым строением карбидной фазы и снижения остаточных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес, включающему нагрев до температуры аустенизации, независимое охлаждение обода и диска и отпуск, охлаждение обода ведут до среднемассовой температуры 400-450 С, осуществляют выдержку в течение 1530 ч, после чего охлаждение диска проводят одновременно со ступицей воздухом со скоростью ниже критической.

Термическая обработка колес по предлагаемому способу приводит при у - аЬ превращении к получению мелкодисперсных пластин Ге С и, как следствие, к повышению коэффициента надежности 6> /bг и вязкости разрушения.

Более низкая среднемассовая температура в предлагаемом способе (400-450 C) по сравнению с извест-. ным (480-520 С) позволяет получать о высокопрочные колеса для грузового транспорта путем низкотемпературного их отпуска.

Среднемассовая темКоэффициент надежСкорость охлаждения дис ка и ступ цы,оС/с, Остаточные р одолжиельность напряжения у перехода обода в диск, кг/мм

Способ пература обода, С

ыдержки осле охности, аждения бода, с l,0-2,5 1,84

400-450

480-520

+10-13. 20

Предлагаемый

50-60 1, 35 +25-30

Известный

Составитель И.Липгарт

Техред >.Кузьма Корректор А.Тяско

Редак тор Н . Джуган. Заказ 2587/24 Тираж 540

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

3 10875

Сущность способа заключается в следующем.

Колесо нагревают до температуры аустенизации, помещают в охлаждающее устройство, в котором осуществ.ляют упрочнение его обода водой из спрейерных устройств. При этом температура обода снижается в поверхностных слоях до 200-350 С (среднемассовая температура 400-450 С), to о а температура диска и ступицы составляет соответственно 660-700 и

710-770 С. После выдержки колеса в течение l5-30 с подвергают охлаждению воздухом диск H ступицу со ско 15 ростью 1,0-2,5о/с до завершения

g - о превращения. Затем колесо помещают в печь с температурой 480530 С, где производится отпуск в тео чение 2,5-3,0 ч. Выдержка колеса по достижению в ободе среднемассовой температуры 400-450 С в течение 1530 с обеспечивает при последующем охлаждении диска и ступицы ниже А

1 благоприятную систему остаточных напряжений. В этот период температура по сечению обода от 200-350 С на поверхности и 670-700 С у перехоо да в диск выравнивается до темпера— туры 430-490 С. Некоторое повышение температуры по сравнению со среднемассовой температурой после закалки обода происходит за счет тепла диска и ступицы.

Действующий в настоящее время стандарт 10791-81 предъяляет к цель— ноконтактным железнодорожным колесам высокие требования и предусматривает прочность Ь = 93-113 кг/мм при содержании углерода 0,53-0,67%.

Среднемассовая температура обода о

400 С соответствует стали с содержанием 0,53% углерода, а 450 С вЂ” содеро жанию углерода 0,67%. Выдержка в течение 15-30 с обеспечивает снижение разности температур по сечению обода, стабилизацию его размеров и исключает условия для образования напряжений растяжения значительной величины. Выдержка 15 с соответствует стали с 0,67% углерода, а выдержка 30 с необходима для стали с содержанием углерода 0 53%.

Пример. Проводилась терми ческая обработка цельнокатаных колес, изготовленных из стали с содер-. жанием углрода 0,64%, по предлагаемому и известному способу. Данные приведены в таблице.

Бремя нагрева колес до 820-840 С

О

1,5 ч. Колеса отпущены при 500 С в течение 2,5 ч.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает надежность цель- нокатаных колес в эксплуатации и снижение остаточных напряжений у перехода обода в диск колеса.

Ожидаемый годовой экономический эффект при объеме производства

100 тыс. штук колес в год составляет 89 тыс. руб.