Способ термической обработки железнодорожных колес

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к термической обработке железнодорожных колес. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности колес при отрицательной температуре. Способ включает аустенитизацию колеса, подстукивание диска до температуры - (50-70) С, нагрев его до AJ., + (10-30) С, прерывистое охлаждение обода и диска и отпуск колеса. Применение способа позволяет получить высокий комплекс механических свойств (Gg 820 МПа, У 45%, н-4о с МДж/м ) и благоприятные остаточные напряжения на поверхности катания (-100 МПа), что обеспечивает высокую эксплуатационную надежность колес. 2 табл. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (59 4 C.21 D 9 34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - н двтоескомъ с детельствм

" 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3837418/22-02 (22) 03.01.85 (46) 30.01.87. Бюл. М- 4 (71) Институт черной металлургии

Министерства черной металлургии СССР (72) И.Г.Узлов, А.И.Козловский, Н.И.Данченко, Н.Г.Мирошниченко, С.Е.Подольский, О.Н.Перков, П.Ф.Миронов, М.И.Староселецкий, M.Â.Êóçü мичев, Е.Н.Шмаков и А.М.Жолудев (53) 621.785.79 (088.8) (56) Авторское свидеТельство СССР

9 836156, кл. С 21 D 9/34, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 755862, кл. С 21 D 9/34, 1978. (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС (57) Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к термической обработке железнодорожных колес.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности колес при отрицательной температуре. Способ включает аустенитизацию колеса, под- стукивание диска до температуры

A — (50-70) С, нагрев его до

А, + (10-30) С, прерывистое охлаждение обода и диска и отпуск колеса.

Применение способа позволяет получить высокий комплекс механических свойств (б = 820 МПа, g> = 457, а„4„= 0,035 МДж/м ) и благопри— ятные остаточные напряжения на поверхности катания (-100 МПа), что обеспечивает высокую эксплуатационную надежность колес. 2 табл.

1286636

15

20 колес.

Изобретение относится к металлург гии, а именно к термической обработке железнодорожных колес.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности колес при отрицательной температуре путем обеспечения остаточного напряженного состояния, препятствующего распространению усталостных трещин.

Способ включает аустенитизацию колеса, подслуживание диска до температуры А„ — (50 — 70) С, нагрев его до А + (10-30) С, прерывистое охлаждение обода и отпуск колеса.

Предлагаемый способ использован для термической обработки железнодорожных колес диаметром 950 мм из стали с содержанием углерода 0,587.

Колеса нагревали в электропечи с о температурой 850 С 1,5 ч, диски колес прерывисто подстуживали из спейеров в охлаждающем устройстве 15-20 с о до 655-660 С интенсивность подачи воМ3 25 ды 0,05 †. После подстуживания дисм с ка колеса помещали в ту же печь и.нагревали 12-20 мин, При этом темперао тура диска достигала 750-755 С. Затем ободья колес прерывисто охлаждали (по

30 известному способу). !

Предлагаемый способ обеспечивает высокие прочностные, пластические и вязкие свойства материала диска крат 35 ковременным спрейерным подстуживанием диска водой ниже А„ для формирования перлитной структуры с последующим отогревом в межкритический интервал температур Ас -Ac и охлаждением 40

С 3 на воздухе. Такой режим термической обработки приводит к формированию в диске структур, состоящих из мелко: зернистого перлита и равномерно распределенного феррита и обеспечиваю- 45 щих высокую ударную вязкость матери— ала, в том числе при отрицательных температурах. В способе-прототипе высокая прочность, пластичность и вязкость материала диска достигаются другим путем — интенсивным охлаждением диска со скоростью вьппе критической с формированием структур мартенсита и промежуточного типа, которые после отпуска приводят к образованию структу-55 ры, состоящей из ферритной матрицы с короткими пластинками карбидной фазы.

Таким образом, оба способа, предлагаемый и прототип, обеспечивают высокую эксплуатационную надежность диска при отрицательных температурах. Для высокой эксплуатационной надежности всего колеса необходима высокая стойкость обода к распространению термических трещин,,которая в значительной степени повышается при наличии в нем сжимающих остаточных напряжений и снижается при растягивающих напряжениях. Предлагаемый способ обеспечивает формирование в ободе сжимающих напряжений, способ-прототип приводит к образованию в нем растягивающих напряжений.

Для сравнения проводили термообработку по известному способу: колеса после нагрева в печи до температуо ры 850 С помещали в охлаждающее устройство, прерывисто охлаждали обод и через 110 ч после начала охлаждения обода охлаждали диск и переходы его в обод и ступицу в течение 70 с при интенсивности подачи охладителя

М3

0,15,, обеспечивающей скорость м2с охлаждения выше критической.

Все колеса подвергались отпуску в течение 2 ч при 500 С.

Остаточное напряженное состояние колес оценивали по следующей методике: на расстоянии 40 мм от поверхности катания на наружной стороне обода наносили две точки на расстоянии 100 мм. Колесо разрезали по радиусу между этими точками и измеряли изменение расстояния между точками.

Также проведена обработка колес по режимам, выходящим за граничные условия.

В табл. 1 приведены параметры дополнительной термической обработки

В табл. 2 представлены механические свойства материала дисков колес, результаты контроля остаточных напряжений и данные тензометрирования остаточных напряжений, Колеса 1 и 2 термически обрабатывались по предлагаемому способу с оптимальными значениями параметров, колеса 3-6 с значениями параметров, выходящими за граничные условия, колеса 7-8 — по способу-прототипу.

Данные табл. 2 показывают, что колеса 1 и 2 имеют высокий комплекс свойств материала диска и благопри1286636

Таблица 1

Температура диска после подстуживания, УС

Колесо, 9

Температу-, ра диска после дополнительДлительность охлаждения диска, с

Длительность дополнительного нагрева, мин ного нао грева, С

655

755

660

750

15

740

680 12

685

745

15

20

655

790

785

665

20 ятные остаточные напряжения в ободе, обеспечивающие их высокую эксплуатаб ционную надежность. У колес 3-6 ударная вязкость материала диска значительно ниже, особенно при отрицатель- 5 ных температурах. Снижение ударной вязкости материала диска колес 3 и 4 связано с тем, что охлаждение диска до 680 и 685 С т.е. выше, чем о

А - (50-70) С, недостаточно для фа- 10 зового превращения аустенита перед дополнительным нагревом в межкритическую область температур. Снижение ударной вязкости материала диска у колес 5 и 6 объясняется тем, что при дополнительном нагреве диски нагревались выше А + (10-30) С, а именно о

785 и 790 С, что исключило превращения в межкритической области и, следовательно, образование структуры мелкозернистого перлита и равномерно распределенного феррита, обеспечивающей высокую ударную вязкость материала диска, в том числе при отрицательных температурах.

Колеса 7 и 8 имеют неблагоприятные остаточные напряжения на поверхности катания, а следовательно, и невысокую эксплуатационную надежность.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить эксплуатационную надежность колес при пониженных температурах и вместе с тем формирование благоприятной системы остаточных напряжений.

Формула изобретения

Способ термической обработки железнодорожных колес, включающий нагрев до температуры аустенитизации,независимое прерывистое охлаждение обода со скоростью вьппе критической и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности при отрицательных температурах, перед охлаждением обода проводят подстуживание диска до о температуры А„ — (50-70) С, затем осуществляют нагрев колеса до достижения температуры диска равной

Ас + (10 30) С.

1286636 .

Таблица 2

Остаточные

Свойства

Ко3, %

V) ан„., % ИДж/м2

+ Н-40 С са, 9

Мдж/м2 МДж/М2 — 100

-2,5

1 820

-2,4

-110

-95

0,03

0,04

-105.

-2,2

-120

-2,3

0,03

0,06

5 805 20,0 43,0 0,35

-100

-2,0

0,03

0,06

0,34

0,41

+35

+1,5

+1,3

+25

8 900

Составитель B.Ðóñàíåíêî

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Редактор Н.Горват

Заказ 7685/26 Тираж 550 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

19,0 45,0 0,80 0,40 0,35

2 820 21,0 46,0 0,75 0,42 0,36

3 810 180 440 031 006

4 820 19,0 43,0 0,32 0,07

6 815 20,0 42,0 0,33

7 910 15,0 46,0 0,75

14,5 44,0 О,75 0,42 0,33

Контроль остаточных напряжений мм напряжения на поверхности катания, ИПа