Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления и термообработки железнодорожных колес. Цель изобретения - повышение усталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижении трудоемкости отделочных операций. Способ включает прокатку, термическое упрочнение обода, отпуск колеса, подстуживание до 200-220°С, пластическую деформацию мест перехода диска в обод и ступицу, охлаждение и холодную деформацию мест перехода диска в обод с внутренней, а в ступицу - с наружной сторон, с глубиной проникновения 6-8% минимальной толщины диска. Использование способа позволяет повысить усталостную прочность, упростить процесс изготовления колес. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (S1) 4 С 21 D 9/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4341660/23-02 (22) 11 ° 12.87 (46) 30.07.89. Бюл, Y- 28 (71) Институт черной металлургии (72) И.Г,Узлов, А.ф.Гринев, Н.Г.Мирошниченко, П.Ф.Миронов, M.H.Староселецкий, Л.M.Школьник, В,Н.Цюренко, Л.В.Чуприна, Ю.M.Ïàðûøåâ, В.И.Узлов, М.В.Кузьмичев, А.М.Дьяков, А.А.Яндимиров, Е.Н.Имаков и И.А.Лысогор (53) 62 1.785.79 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1235942, кл. С 21 D 9/34, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N - 71669 1, кл. В 21 Н 1/02, 1980. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к колесопрокатному производству, и может быть использовано в цехах по изготовлению железнодорожных колес, Цель изобретения — повышение усталостной прочности колес при,одновременном упрощении процесса и снижении трудоемкости отделочных операций.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

В колесопрокатном цехе слитки из стали с содержанием 0,58% С, 0,78%Мп, 0,39% Si разрезали на заготовки весом

478 кг для изготовления цельнокатаных железнодорожных колес диаметром (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления и термообработки железнодорожных колес. Цель изобретения — повышение усталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижении трудоемкости отделочных операций, Способ включает прокатку, термическое упрочнение обода, отпуск о колеса, подстуживание до 200-220 С, пластическую деформацию мест перехода диска в обод и ступицу, охлаждение и холодную деформацию мест перехода диска в обод с внутренней, а в ступи-ъ цу — с наружной сторон, с глубинои проникновения 6-8% минимальной толщины диска, Использование способа позволяет повысить усталостную прочность, упростить процесс изготовления колес, 1 табл.

050 мм. После нагрева заготовок осуществляли их осадку на прессе усилием

2000 т. Затем заготовку осаживали в кольце и осуществляли разгонку металла центральной части пуансоном на прессе усилием 5000 т. Подготовленную таким способом заготовку подвергали формовке на прессе усилием

10 000 т, В процессе формовки получали окончательные размеры ступицы и части диска. Прокатку производили в колесопрокатном стане с горизонтальным расположением колеса. После калибровали обод и выгибали диск на прессе усилием 3500 т, колеса подвергали противофлокенной обработке путем

3 1497242 изотермической выдержки в конвейерных печах при 650 С ° После механической .обработки обода в целом и ступицы с наружной стороны колеса испытывали в цехе опытных установок. Колеса нагревали в электропечи до температуры

850 С в течение 1,5 ч, осуществляли прерывистое охлаждение обода в заключной машине из спрейеров в течение 1р t30 с при давлении воды 5 атм.

В дальнейшем колеса обрабатывали по спедующим вариантам: часть колес подвергали отпуску при 500 С в течео ние 1,0 ч. Непосредственно после отпуска среднюю. часть диска колес охлаждали сжатым воздухом при удельном расходе 0,2 м /с (при нормальных условиях) в течение 420, 450, 510 и 540 с до достижения температуры 20

230, 220, 200 и 190 С (соответственно варианты 1, 2, 3 и 4.). При достижении указанных температур места перехода диска в обод с наружной и в ступицу с внутренней сторон подвер- 25 гали пневмодробеструйной обработке в течение 90 с, дробью диаметром

2-2 5 мм.и давлении воздуха 0,4 МПа.

В дальнейшем колеса охлаждали до температуры цеха, после чего все че- 30 тыре варианта подвергались дальнейшей пневмодробеструйной обработке мест перехода диска в обод с внутренней и в ступицу с наружной сторон в течение 90 с, дробью диаметром 2-2,5 мм и давлении сжатого воздуха, МПа: для варианта 1 и 2 — 0,4, для варианта 3 и 4 — 0,6, для варианта 5 — 0,3, для варианта 6 — 0,7, для варианта

1,0.

- 40

Одно колесо подвергали пневмодробеструйной обработке (время 90 с), давление воздуха 0,4 MIIa место перехода диска в обод с наружной и в ступицу с внутренней сторон сразу после отпуска. В дальнейшем обработку вели согласно варианту 3 (вариант 8).

Два колеса непосредственно после отпуска подвергали охлаждению средней5О части диска в течение 510 с до досt о, тижения температуры 200 С. В дальнейшем колеса охлаждались до температуры цеха (вариант 9) и одно колесо подвергалось одновременно пНеамодробеструйной обработке по всем местам перехода диска в обод и ступицу с наружной и внутренней сторон (вариант 10).

Одно колесо обработали по вариан-. ту,11 (известный способ), Для чего после отпуска и охлаждения колеса до температуры цеха подвергали холодной пластической деформации с обеих сторон диск и места его перехода в обод и ступицу путем накатки поверхности шариком диаметром 18 мм на станке модели КС 274 с усилием

800 кг и величиной подачи 0,3 мм/об.

Для определения уровня и характера остаточных напряжений в колесах использовали разрушающий метод с механической вырезкой темплетов, оборудованных двух компонентными розетками тензодатчиков 2 ПКБ с базой

10 мм. Замер деформаций тензодатчиков определяли цифровым тензометрическим мостом ЦТМ-5.

Оценку остаточных напряжений в ободе производили по методике международного стандарта UIC812-3 путем радиальной разрезки колеса и измерения исходного расстояния 1=100 мм между фиксированными точками на ободе по обеим сторонам реза. Стандарт требует уменьшения этого расстояния на величину не менее 1 мм.

Глубину наклепа определяли на вырезанных темплетах рентгеновским методом на установке ДРОН-ЗМ.

Результаты измерений приведены в таблице, Также в таблице приведены данные после обработки по известному способу (прокатка, термическое упрочнение обода, отпуск колеса, холодная пластическая деформация переходов диска в обод и ступицу с глубиной проникновения 10-30Х его минимальной толщины).

Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес (варианты 2 и 3) обеспечивает повышение усталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижение отделочных операций за счет создания в приободной части диска повышенного уровня сжимающих остаточных .напряжений, при одновременном сокращении глубины проникновения деформации, а также снижение дополнительной операции по удалению вкатанной окалины.

Выход параметра этапа подстуживания за предлагаемый интервал подстуживание средней части диска до 230 С

14с) 7242

55 не обеспечивает формирование сжимающих напряжений в приоболной части диска с наружной стороны (вариант 1).

Подстуживание средней части диска о до 190 С обеспечивает образование в приободной части диска с наружной стороны сжимающие остаточные напряжения, но приводит к уменьшению величины и доли сжимающих напряжений в ободе ниже допустимых пределов, о чем свидетельствует оценка остаточных напряжений в ободе 1=-0,9 (вариант 4).

Понижение глубины проникновения за предлагаемый интервал глубина проникновения деформации 5_#_ минимальной толщины диска приводит к незначительному приросту уровня остаточных сжимающих напряжений в приободной части диска с внутренней стороны (вариант

5). Увеличение глубины проникновения деформации до 9 и 127. (соответственно варианты 6 и 7) не приводят к ощутимому приросту остаточных сжимающих напряжений в приободной части диска с внутренней стороны и дальнейшее повышение глубины проникновения деформации становится нецелесообразным в связи с неоправданными затратами, так как время, затрачиваемое на обработку колеса, с учетом установки и кантовки на стенке КС

274 в среднем равно 12-14 мин, При производительности колесопрокатного стана 2000 колес в сутки потребуется

14-16 дорогостоящих станков.

Изменение последовательности этапов пневмодробеструйной обработки . мест перехода диска в обод с наружной и в ступицу с внутренней сторон до операции подстуживания сразу после отпуска (вариант 8) и проведение этой обработки после остывания колеса (вариант 10) приводит к формированию в этих зонах небольших сжимающих напряжений.

Обработка колес по известному способу (вариант 9) приводит к формированию в приободной части диска с внутренней стороны сжимающих остаточных напряжений, однако она форми рует растягивающие остаточные напря,жения в приободной части диска с на ружной и приступичной с внутренней стороны, что отрицательно сказывается на усталостную прочность колеса.

Обработка колес по известному способу (вариант 11) приводит к формированию остаточных сжимающих напряже ий IIo c. беим сторси<а с колеса, Оц и я к О В н а и б оп е е. o I I ñI с 11(t 1 и с. . с . т е перехода диска в обод с внутренней стороны уровень остато )ных сжимающих напряжений ниже, чем уровень предлагаемого способа ° Кроме того, обработка по известному способу требует дополнительной отделочной операции для удаления в некоторых местах диска вкатанной окалины, что приводит к удорожанию такого технологического процесса.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес обеспечивает повышение усталостной прочности за счет создания в приободной части диска с внутренней и приступичной с наружной сторон повышенного по сравнению с известным уровня остаточных сжимающих напряжений при одновременном упрощении процесса, заключающегося в снижении глубины проникновения деформации с 10-30i до 6-8Х минимальной толщины диска колеса, Технический эффект данного способа заключается в снижении отделочной операции по удалению в некоторых местах вкатанной окалины, Формула изобретения

Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, включающий прокатку, термическое упрочнение обода с последующим отпуском всего колеса и холодную пластическую деформацию его элементов в зонах перехода диска в обод и ступицу, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения усталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижении трудоемкости отделочных операций, после окончания выдержки при температуре отпуска осуществляют подстуживание средней части диска до 200-220 С и проводят при этой температуре поверхностнопластическую деформацию мест перехода диска в обод с наружнс и и в ступицу с внутренней сторон, охлаждают колесо до комнатной температуры, а холодной пластической деформации подвергают места перехода диска в обод с внутренней, и в ступицу с наружной сторон, дробью с глубиной проникновения в пределах 6-87. минимальной толщины диска.

1497242

Глубина проникновения деформации

Способ

Температура средней части

Радиальные напряжения в диске, MIIa

Варианты

Оценка по UIC

Ü1 мм наружная сторона внутренняя сторона диска, ОС

% у обо- у стуу обода у ступицы да пицы

Предлагаемый

Известный

18 2,52 -180

11 20

-175

-180 -175

-1,5

Составитепь В.Русаненко

Редактор М.Недолуженко Техред М.Ходанич Корректор В. Гирняк

Подписное

Закаэ 4408/30

Тираж 530

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно- издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

° 1 230

2 220

3 200

4 190

5 200

6 200

7 200

8 450

9 200

10 20

6 0,84 +15

6 0,84 -70

8 1,12 -75

8 1,12 -90

5 0 7. -75

9 1 26 -75

12 1,68 -75

6 Оэ84 10

+50

8 1,12 30

-195

+95 — 195. -200

-120

-200

-200

-195

-50

-195

-220

-220

-2 20

-225 — 140

-225

-225

-220

-50

-220

-20

-50

-60

-70

-60

-60

-60

-15

+10

-40

-2,4

-1,9

-1 э 7

-0,9

-2,1

;1,6

-1,6

-1,9

-2,8 — 1,8