Способ термической обработки рельсов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.Я0 123917 (5р4021D904

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ е:

F!..

Ц, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3807465/22-02 (22) 29. 10.84 (46) 23.06.86. Бюл. Ф 23 (71) Украинский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт металлов (72) В.Н.Ермолаев, Е.И.Чернов, Н.Ф.Левченко, К. Г.Носов, Ю.И. Гладилин, А.С.Чебанюк, Н.В.Левошич, Е.А.Мильман и В.А.Изюмский (53) 621.785.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

0 522751, кл. С 21 D 9/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 344011, кл. С 21 D 9/04, 1970. (54). (57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВ, включающий объемный нагрев до температуры аустенизации и последующее охлаждение головки и подошвы, отличающийся тем, что, с целью повышения зксплуатационной стойкости. рельсов за счет уменьшения концевой кривизны и уровня остаточных напряжений, охлаждение подошвы начинают через 2-10 с после начала охлаждения головки,причем охлаждение подошвы осуществляют с удельным расходом охладителя, равным 0,6-0,8 удельного расхода охлади. теля на головку, в соответствующий момент времени.

Ф 12391

Изобретение относится к металлургической промьппленности и может быть применено при производстве железнодорожных рельсов, например, с массой 43-75 кг/пог.м.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной стойкости рельсов за счет уменьшения концевой кривизны и уровня остаточных напряжений.

Рельсы подвергают объемному на- 10 греву и последующему охлаждению головки и подошвы, причем охлаждение подошвы начинают через 2-10 с после начала охлаждения головки и охлаждение подошвы осуществляют с удельным расходом охладителя, равным 0,6-0,8 удельного расхода охладителя на головку, в соответствующий момент времени.

Осуществление начала охлаждения подошвы после начала охлаждения головки рельса обеспечивает появление изгибающего момента в направлении, противоположном моменту, возникающему при охлаждении головки, причем во 25 времени действие его совпадает с началом пластического изгиба конца рельса. Охлаждение подошвы с удельным расходом охладителя, меньшим удельного расхода охладителя на го- З0 ловку, обеспечивает величину изгибающего момента, выпрямляющего конец рельса, на уровне момента, возникающего при охлаждении головки.

70 2 сжатия. Величина момента подсчитывается по формуле где (1 — коэффициент линейного расширения (сжатия); разность температур слоя до и после охлаждения;

Š— модуль упругости при данной температуре;

F — площадь слоя;

Š— расстояние слоя до нейтральной оси сечения рельса.

Произведение первых трех величин дает значение термического напряжения, последних двух — момент сопротивления относительно нейтральной оси сечения. При одновременном охлаждении головки и подошвы с одинаковой скоростью величина термических напряжений будет равной, а изгибающих моментов — различной из-за неравенства моментов сопротивления.

При толщине охлажденного слоя головки и подошвы рельса типа Р65

10 мм моменты сопротивления составляют соответственно 57 и 114 смз (табл. 1) .

Таблица 1

Зн ачен ия показ ателей

Г

Показатели

Головка Подошва

10

Ширина слоя, мм

Толщина слоя, мм

40

Расстояние до нейтральной оси,, мм

95

Момент сопротивления, мм

57000 114000

Для осуществления охлаждения подошвы позже начала охлаждения головки подачу охладителя на подошву производят через определенное время после начала подачи его на головку..

Осуществление охлаждения подошвы с расходом охладителя, меньшим удельного расхода его на охлаждение головки, производят за счет уменьшения диаметра отверстий в спрейерах, изменением содержания водь1 в водовоздушной смеси (при использовании последней в качестве охлаждающей среды) и применением для охлаждения головки более жесткой охлаждающей среды,.чем для подошвы.

Выбор граничных параметров обусловлен следующим. Смещение во времени начала охлаждения подошвы по сравнению с головкой обусловлено геометрической формой рельса. При охлаждении поверхностных слоев металла головки или подошвы рельса возникает изгибающий момент от термического

При смещении вс времени начала охлаждения подошвы рельса по сравнению с головкой на ?-10 с достигается выравнивание (взаимная компенсация) на концевых участках рельса изгибающих моментов от термических напряжений в головке и подошве и, как следствие, повышение прямолинейности концов. Ширина предлагаемого диапазона параметров обусловлена

1239170 различным распределением металла по элементам профиля рельсов различных типов. При величине смещения во времени начала охлаждения подошвы менее 2 с величина концевых искривлений не уменьшается по сравнению с известным споосбом для рельсов типа

Р50 и Р65, имеющих наиболее массивную подошву и наименее массивную головку (37,4Х и 34,2 . общей площади 1О сечения рельса соответственно). При увеличении величины смещения более

10 с концевая кривизна увеличивается в противоположном направлении по сравнению с известным способом для рельсов типа S49, имеющих обратное распределение массы по элементам профиля — менее массивную подошву (35 общей площади сечения) и более массивную головку (47,5 ). 20

Предлагаемый диапазон расхода охладителя, подаваемого на подошву, обусловлен различными геометрическими размерами поперечного сечения про- 25 филя рельсов различных типов, в первую очередь соотношением ширины подошвы и головки. При расходе охладителя на подошву менее 0,6 расхода его на головку происходит увеличение ЗО общей кривизны на рельсах типа Р43 и S49 с наименьшим отношением ширины ..подошвы к ширине головки (1,63 и 1,84), а также повышение уровня остаточных напряжений, снижающих экс35 плуатационную стойкость рельсов.При увеличении расхода охладителя, подаваемого на подошву, более 0,8 его расхода на головку общая кривизна рельсов типа Р65 и Р75 с наибольшим 40 отношением ширины подошвы к ширине головки (2,0) также увеличивается, причем с изменением знака кривизны.

По условиям же технологичности желательно иметь на всех рельсах минимальную кривизну, но одного знака.

Кроме того, на рельсах типа Р43 и

S49 с менее массивной подошвой большее увеличение расхода охладителя приводит к недопустимому повышению твердости подошвы и снижению пластических и вязких свойстн металла, а также к появлению нежелательной микроструктуры.

Предлагаемый способ может .врыть реализован, например, с помощью агрегата роликового типа, в котором рельс подвергается закалке н процессе движения через агрегат. После о нагрева в печи до 820-840 С н течение 40 — 50 мин рельс подают н агрегат роликового типа, где охлаждают головку и подошну рельса в процессе его непрерывно-последовательного движения с изменяющимся или постоянным по длине агрегата расходом охлаждающей среды. Для уменьшения концевой кривизны и получения более благоприятного уровня остаточных напряжений устройства для охлаждения подошвы по длине агрегата устанавливают, начиная с 3 — 5-й секции агрегата, и после последней секции для охлаждения головки. Точное место установки этих устройств выбирают в зависимости от скорости движения рельса в агрегате и типа рельса.

Количество охладителя, подаваемого на подошву рельса, регулируют в каждой секции и устанавливают его равным 0,6-0,8 от расхода на головку в данной секции.

Опытную проверку в промышленных условиях осуществляют на р. чьсах типа Р50. Температура нагрева под закалку 820-840 С, время нагрева 4050 мин. Режимы охлаждения и полученные результаты приведены н табл.2, причем режим 1 соответствует охлаждению по известному способу, а режимы

4-8 и 11-13 — по предлагаемому способу.

Предлагаемьп» способ по сравнению с известным обеспечивает снижение концевой кривизны н среднем н 1,9 раза (с 0,85 до 0,44 мм); снижает уровень остаточных напряжений н закаленных рельсах н среднем н 1,2 раза (с 3,- до 2,,7 мм), что повышает их эксплуатационную стойкость на 5Х.

Кроме улучшения концевой прямолинейности закаленных рельсов, предлагаемый способ повьппает производительность, так как отпадает необходимость (или существенно сокращается продолжительность выдержки) в осуществлении гибки рельсов на гибочной машине.

1239170

Таблица

ОстаточОтношеКривизна концов рельсов, ные

Режим напряжения, мм ловку

0 70-.1 24

=L=== Х

0,85

О 62-1 15

А «3.

0 82

0,48-0,84

3 0-3 5

А Л.

3,2

2 8-3 5

А» «3.

3,2

3 2-3 5.2.===2.

3,3

0,68

0,68

0,65

0 42-0 49 а а

0,46

О 35-0 50

Е 2.

0,42

0 39-0 48

0,68 .

0,68

0,68

0,45

О 32-0 50

Я= Л.

0,68

0,40

О 46-0 48 а

0,47

О 46-0 64

0,68

0,68

=L====K==

0,54

О 50-0 58

А й.

0 5

0,54

0,45-0 50

0,6

0,47.

0 34-0 45

А 2.

0,40

О 32-0 48 и Л.

0,41

0 44-0 62

=3. 2.

0,54

0,7

0,8

0,9

Остаточные напряжения определяют на технологической пробе длиной 600 мм путем измерения величины расхождения паза при разрезке пробы вдоль шейки на длину

400 мм.

ВНИИПИ Заказ 3356/22 Тираж 552 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Разница во времени начала охлаждения подошвы но отно шению к головке, с ние удельного расхода охладителя на подошву к удельному расходу охладителя на ro2 7-2 9

- Ф

2 ° Б

2 7-3 О

:А «3.

2,9

26-2 9

««Л

2,8

2 5-2 8

2,6

2 3-3 О и й..2,7 г 9-3 5

А а

3,2

3 1-3 6.-L 3.

3,3 2 7-3 0.Х 2.

2,9

А 2.

23-2 8

2,6

2329

2,6

3 0-3 8.-3. 2

3,4