Способ правки профилей

 

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (SD 4 В 21 D 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ГЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3550648/25-27 (22) 10.02.83 (31) 82 02817 (32) 19.02.82 (33) FR (46) 15.05.86. Бюл. N 18 (71) Сасилор (72) Раймон Ив Дерош, Ив Бурдон и Андре Фаессель (53) 621.982.47(088.8) (56) Семененко Ю.Л. Отделка профилей и труб давлением. М.: Металлургия, 1972, с. 197-206. (54)(57) СПОСОБ ПРАВКИ ПРОФИЛЕЙ,при котором профиль подвергают напряжению растяжения, превышающему предел упругости материала профиля, до ве„80„„1232125 А3 личины напряжения, соответствующей пластической деформации всего профиля, после чего напряжение растяжения снимают, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения правки железнодорожного рельса, содержащего подошву, шейку и головку и изготовленного из стали марок с сопротивлениями, превышающими.

1000 Н/mP, и с сопротивлениями менее 1000 Н/мм2, напряжение растяжения снимают до достижения остаточного удлинения по меньшей мере

0,27Х и продольных остаточных напряжений для указанных марок сталей соответственно менее «+100 Н/мм и менее +50 Н/мк .

1 12321

Изобретение относится к оконча— тельной обработке профилей, например железнодорожньгх рельсов, а именно к релаксации напряжений и к правке рельсов, изготовленных из сталей обычных марок, подвергнутых термообработке„ или из особо прочныхлегированных сталей.

Целью изобретения является обеспечения правки железнодорожного рель- 10 са, изготовленного из стали с сопротивлениями, превышающими 1000 Н/мм, и с сопротивлениями менее 1000 Н/мм .

Способ предусматривает воздействие на стальной рельс растягивающего напряжения, превышающего предел уп/ ругости стали до величины напряжения, соответствующий общей пластической деформации всего рельса.

Благодаря полной пластической де- 20 формации рельса вследствие растяжения не создается остаточных напряжений при выполнении правки и снижаются остаточные напряжения, имеющие место до правки. 25

Для сталей известных качеств и марок, подвергнутых или нет термической обработке получают величины продольных остаточных напряжений.:менее

+100 Н/мм для марок рельсовой стали 30 прочностью R ) 1000 Н/мм и менее

+50 Н/мм для марок рельсовой стали прочностью К (1000 Н/мм, начиная с момента, когда пластическая деформация вследствие растяжения рельса соответствует остаточному удлинению порядка 0,27%.

Остаточное удлинение рельса 0,3% после ослабления усилия разряжения гарантирует получение приведенных вьппе результатов. Снижение внутренних остаточных напряжений рельса повышает вязкость и сопротивление усталостным напряжениям.

Остаточные напряжения не могут быть уменьшены значительным образом, начиная с момента, когда вся совокупность материала, образующего рельс, начинает претерпевать общую пластификацию. Поэтому не следует подвергать рельс действию усилий растяжения, соответствующих величинам .остаточного удлинения, превьппающим 1,5%. кон СС, AA и PP ) неодинаковая.

Сущность изобретения состоит в том, что рельс на каждом из его концов подвергают воздействию усилия растяжения, которое выравнивает длину волокон под действием напряжения (6 ) превыпающего предел упругости на 0,2% (Кр 0,2) . Степень удлинения, необходимая для этой операции, должна быть для наименее вытянутого волокна выше степени удлинения, соответствующей изгибу начала пластификации ста" ли. Тогда к выправляемому рельсу прилагают усилие растяжения, превышающее предел упругости, таким образом, чтобы получить после ослабления усилия остаточное удлинение по меньшей мере 0,27%. Это небольшое остаточное удлинение позволяет получить прямые рельсы с меньшим повреждением матеоиала, чем при правке с помощью роликов. Поскольку кривизна рельсов не всегда одинакова по длине заготовок, в отдельных местах могут иметь место радиусы кривизны, меньшие общего раНа фиг. 1 представлен рельс, попе55 речное сечение, на фиг. 2 — рельс, выходящий иэ охладителя; на фиг.3 диаграмма, показывающая кривую напря25 2 жений, получаемых в зависимости от созданных удлинений; на фиг.. 4 — схема снижения остаточных напряжений в различных составляющих частях рельса в зависимости от степени остаточного удлинения для рельса, выходящего из охладителя; на фиг. 5 диаграмма, показывающая результаты эмпирического сравнения состояния остаточных напряжений вследствие надпилов шейки и отклонения головки для концов невыправленных рельсов, рельсов, выплавленных на роликовых правильньгх машинах, и рельсов, выправленных по предлагаемому способу; на фиг. 6 — сравнение кривых растрескивания от распространения трещины во время испытаний на знакопеременный изгиб, проведенных на рельсах из особо прочной легированной стали (естественно высокоуглеродистой стали

UIC, R < 1100 Н/мм ; на фиг. 7 поверхности разрыва четырех образцов рельса из особо прочной стали (К >

> 1080 Н/ммп), соответственно выправ ленных с помощью роликов, выправлен ных растяжением, невыправленных (сырой материал из охладителя) и выправленных с помощью роликов с последующим растяжением.

Рельс 1, выходящий из охладителя, имеет форму левой кривой. Следовательно длина образующих волокон головки

2, шейки 3 и подошвы 4 рельса 1 (воло.

3 1232 диуса. Остаточное удлинение порядка нескольких десятых процента позволяет устранить наиболее короткие и более длинные складки. Существование внутренних напряжений вследствие охлаждения обусловливает различную длину волокон в рельсе. Правка рельса пластическим удлинением всех волокон и предпочтительным пластическим удлинением наиболее, коротких волокон при-10 водит к релаксации внутренних остаточных напряжений стали. На фиг. 4 приведен пример развития остаточных продольных напряжений в зависимости от степени остаточного удлинения для 15 рельса из обычно применяемой марки стали, где на абсциссе — остаточное удлинение E а на одинате — продольное остаточное напряжение 6 ("-" для сжатия, "+" для растяжения). Кривая

5 характеризует остаточное напряжение подошвы, а кривая 6 — остаточное напряжение головки рельса. Остаточные напряжения остаются постоянными и высокими до тех пор, пока усилия растя-25 жения, прилагаемые к рельсу, располагаются в области упругости стали (E 0, 1857.): остаточные напряжения равномерно уменьшаются за пределами области упругости, достигая постоянных минимальных величин, начиная с остаточного удлинения порядка 0,277.

Область остаточного удлинения, заключенная между пределом упругости (с = 0 2X) и минимальными значениями о

35 остаточных напряжений (в данном случае 6 10 Н/мм для E 0,277), является областью погрешности. Начиная с минимального значения остаточного напряжения (Е О, 277. или О, ЗЕ), уве- 4 личение остаточного удлинения не дает положительных результатов. Если это не повышение предела упругости вследствие холодной деформации, то повышение предела упругости может быть произведено по желанию: например, для естественно высокоуглеродистой стали марки А нормы UIC или для марки AREA повышение предела упругости составляет порядка 100 Н/мм для дополнитель50 ного остаточного удлинения 17, т.е. степени остаточного удлинения 0,37. в данном случае достаточно для снятия остаточных напряжений или для их уменьшения в отношении порядка 10:1.

Результаты измерений, полученные методом резки, подтверждаемые методами отверждения и сверла, остаточных

I 25. напряжений рельсов, выправленных по известному (с помощью роликов) и предлагаемому способам соответственно 073 В 10 и 073 D 09 приведены в табл. 1; рельсов 236 D 23 — в табл. 2, рельсов 150 С 13 — в табл.3.

По сравнению с известным способом правки рельсов предлагаемый способ при степени остаточного удлинения

О,ЗŠ— 1,0X. обеспечивает снижение уровня остаточных напряжений по меньшей мере в 5-10 раз и разброса величин остаточных напряжений в 5 раз.

Релаксация внутренних остаточных напряжений такова, что нет существенной разницы между уровнем напряжений рельсов, выправленных растяжением, и уровнем напряжений материалов с ослабленными напряжениями,служащих эталонами при эталонировании тензометрических датчиков. Например, при способе правки с помощью роликов напряжения сжатия достаточно большие как в продольном, так и в поперечном направлениях в шейке рельса и в местах соединений, причем эти напряжения уравновешиваются, особенно в продольном направлении, сильными напряжениями растяжения в головке и подошве рельса. При способе правки растяжением остаточные напряжения слабее и намного более равномерны.

Эмпирическая проверка релаксации внутренних напряжений, возникших вследствие правки растяжением, заключается в отделении головки рельса от остального профиля и в измерении его отклонения f на стыке по мере продвижения вперед линии пропила. Результаты испытаний, проведенных на рельсе

UIC 60 NDB, представлены на диаграмме фиг. 5, абсцисса которой указывает длину L пропила, а ордината — отклонение f головки с пропилом относительно остальной части рельса на его стыке.

Кривая 7 показывает, что рельс

UIC 60 NDB, выправленный с помощью роликов, имеет отклонение головки f

2 мм при длине пропила L 500 мм, а кривая 8 — отклонение f невыправленного рельса изменяющиеся от 0 до

0,8 мм. Кривые 9 и 10 показывают,что рельсы, выправленные растяжением при остаточном удлинении 0,3-1Х имеют отклонение f соответственно 0,2 и

-О, 1 мм (небольшое перекрытие) при длине пропила L 500 мм. Найдено отно1232125 шение величин f порядка 1: 10 в поль— эу предлагаемого способа. Минимальная степень остаточного удлинения порядка 0,3Е необходима для получения максимальной релаксации внутренних напряжений: степень удлинения больше 1,5Х. не дает дополнительных преимуществ.

Испытания на усталость состоят в 10 том, что отрезок рельса с надпилом на головке подвергают знакопеременному изгибу на базе 1,400 м при частоте 10 Гц под нагрузкой порядка

14 т в период инициирования растрескивания и 9 тн в период распростра— нения растрескивания, прилагаемой к головке в двух отстоящих одна от другой на 150 мм точках, расположенных симметрично по обе стороны центрального поперечного пропила.

Распространение усталостной трещины, начиная от пропила регистрируется с помощью тенэометрических датчиков с использованием метода, называемого 25 электрическим и основывающегося на изменении сопротивления рельса в про— цес е развития трещины. Путем изменения амплитуды прилагаемых напряжений производят ряд отметок по числу данных суммарных циклов и строят кривую, показывающую глубину трещины P в зависимости от числа N осуществленных циклов.

В первом пРимеРе испытания проведе35 ны на двух отрезках рельса UIC 60 марки Б из естественно высокоуглеродистой стали, полученных иэ одной и той же заготовки, один из которых выправлен с помощью роликов, а другой — растяжением.

В табл. 4 показано, что число циклов, необходимых для инициирования растрескивания, и число циклов, необходимых для его распространения, при равных условиях испытаний, значительно вьппе при правке растяжением, что свидетельствует о лучшей вязкоси и и следовательно повьппенной наУ Э

50 д ежи ос ти.

Иэ фиг. 6: следует, что сопротивI ление усталостным напряжениям рельса, выправленного растяжением (кривая

12), выше такового рельса, выправлен-55 ного с помоп(ью роликов (кривая 11) отношение поверхностей усталости при правке растяжением и роликами составляет 1,55, Кривые 11 и 12 отображают данные табл. 4 (p=f/N/).

Во втором примере указанные испытания проведены на четырех отрезках рельса 136RE иэ легированной или хромкремневанадиевой стали с сопротивлением разрыву R w 1080 Н/мм, полученных из одной и той же заготовки: выправленном роликами, выправленном растяжением, выправленном (сырой материал из охладителя), выправленном роликами с последующим растяжением.

В табл. 5 показано повышение числа циклов инициирования и числа циклов распространения при правке растяжением сравнительно с правкой роликами.

Кривые 13-16 на фиг. 7 отображают данные табл. 5 (р = Е/11/) для рельсов иэ стали 136 RE, выправленных роликами (кривая 13), невыправленных (кривая 14), выправленных растяжением (кривая 15)и выправленных роликами с последующей правкой растжением (кривая 16). Из табл. 5 и кривых

13-16 на фиг. 7 следует, что сопротивление рельса распространению растрескивания улучшается, когда рельс,выправленный роликами, подвергают правке расияжением с остаточным удлинением по предлагаемому способу для релаксации остаточных напряжений.

Улучшение стойкости рельсов к скорости растрескивания связано со снижением остаточных напряжений и, в частности, с квази-исчезновением остаточных напряжений растяжения,возникающих в головке рельса в случае правки роликами. Снижение остаточных напряжений позволяет удовлетворить потребности железнодорожных сетей, в частности испытывающих большие нагрузки (например, шахтных путей) . Правка растяжением значительно повышает сопротивление рельсов усталостным напряжением по сравнению с правкой на роликовых машинах, Правка растяжением обеспечивает, кроме того, повышение предела упругости металла в противоположность способу правки роликами, который имеет склонность снижать этот предел. Это преимущество имеет особую ценность для головки рельса, поскольку более высокий предел упругости позволяет создавать колеса с высокой

Способ правки

Основное напряженке

Предлагаемый

Извест

6, llPB женин

Н/мм сжатии, ммг

+40

+40

490

+230 б, продольное -260

Б вертикальное -200 а

+30

-10

250

+50

Таблица 2

Основное напряженке

Способ правки редл®гкемый прн степени octatoql0ro Nngкения, Х

Известный

Общи размеры на6„ при сжаБюакс при растяже

Б прн сжаОбщие ñ урн раз растя меры женин напря6

° акс прн тни, Н/мм2 пряженнй

L сжаН/мм тин, Н/г тнн, Н/ г!

Н/ммг женнй продольное -140 [phone] +05 65 -10 +30

40 вертикальное

50 -1О +20

-150 [phone] +10

7 1232 нагрузкой на полотно качения рельса.

Повышение предела упругости для марок стали типа UIC 90 А или В, AREA и т.п. составляет порядка 100 Н/мм при удлинении 1Х. Это свойство наблюдается для всех марок стали,включая особо прочные легированные или обработанные стали. Расхождение предела упругости между способом правки роликами и способом правки растяже- 1О нием составляет 207.

Повышение предела упругости происходит без ухудшения критериев пластичности (распределяемое удлинение и сужение) и вязкости (К, пока- 15

1с эатель критической интенсивности напряжения).

Произведенные измерения остаточного удлинения на ряде без с отмеченными отрезками по длине рельса показа- 20 ли, что частичные остаточные напряжения, замеренные на каждой из баэ, являются постоянными и равными общему остаточному удлинению, сообщенному

125 8 рельсу. Не отмечается эффектов локального сужения по длине рельсов °

Потеря высоты равномерна по все;" длине рельсов, так же, как и потеря ширины подошвы. Наблюдаемые незначительные изменения размеров предварительно компенсируются,как и в случае правки роликами, надлежащей калибровкой прокатным станом, что позволяет соблюдать допуски на размеры.

Изобретение предлагает рельсы, которые после правки имеют низкое остаточное напряжение, а именно: меньше +50 Н/мм (+50 Н/ммг при растяжении; — 50 H/ммг при сжатии) для марок рельсовой стали (подвергнутых термообработке или нет) с сопротивлением растяжению R < 1000 Н/ммг; меньше +100 Н/ммг (+100 Н/ммг при растяжении; -100 Н/ммг при сжатии) для марок рельсовой стали (подвергнутых термообработке или нет) с сопротивлением растяжению R >

7 1000 Н/мм .

Та блица 1.10

1232125

Таблица 3

Способ правки

Основное напряжение

Известный

Предлагаемый при степени остаточного удлинения, 17 макс при сжатии, Н/мм

6, продольное -145 +282 425 б вертикальное -89

+26 115

+10

-27

Таблица 4

Наименование показателей

Правка с помощью роликов

Число циклов инициирования

350.000

500.000

142

Число циклов распространения до явного разрыва

750.000 1050.000

140

Критическая глубина трещины, мм

28

112

Та блица 5

Правка Правка роликами растяже- с последующим нием растяжением

Без правки

Правка роликами

Наименование показателей

400,000 420.000 850.000 1.150.000

950.000 1.500.000 1.250.000 1.400.000

Критическая глубина растрескивания, мм.

26 (полуломкая) 27

6 макс при сжа тии, Н/мм2

1 Число циклов инициирования

Число циклов рас пространения до явного разрыва макс при рас тяжении

Н/мм2

Общие разме ры на пряже ний макС при растя женин

Н/мм

Правка Разница, 7 растяже нием

Общие размеры напряжений

1232125 н/-

1232!25

Рь ptllf

7000

Составитель Н. Чернилевская

Техред В.Кадар, Корректор М. Шароши

Редактор И. Рыбченко

Заказ 2664/60 Тира к 783 Подписное

ВНИИЛИ Государственно о комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграФическое предприятие, г. Узгород, ул. Проектная, 4