Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии изготовления цельнокатаных железнодорожных колес. Техническим результатом изобретения является обеспечение свойств в диске и ободе колеса при упрочнении с прокатного нагрева на уровне, соответствующем термообработке с отдельного нагрева. Технический результат достигается за счет оптимизации температуры окончания деформации и температуры закалки колеса, а именно температуру окончания пластической деформации поддерживают в интервале 960-880°С, а температуру колеса перед упрочнением - в интервале 940-780°С, причем продолжительность последеформационной паузы перед закалкой составляет не более 150 с. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к технологии изготовления цельнокатаных железнодорожных колес.

Известен способ изготовления железнодорожных колес, включающий нагрев заготовок до температуры 1270oC, последовательное их деформирование на прессах и колесопрокатном стане с окончанием деформации при температуре 1050 - 1100oC, изотермическую выдержку при температуре 650oC, термическую обработку с отдельного нагрева и отпуск колеса.

Известный технологический процесс обеспечивает высокое качество колес, однако, является длительным и энергоемким.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления железнодорожных колес, включающий нагрев заготовки под деформацию до температуры 1270oC, деформирование на прессах и стане с окончанием деформации при температуре 1050 - 1100oC, упрочнение обода колеса после завершения деформации и его отпуск.

Недостатком известного способа являются низкие пластические характеристики металла обода и нестабильная ударная вязкость диска колеса в связи с неудовлетворительной структурой, сформированной при высокой температуре окончания деформации (величина действительного зерна при этом составляет 2-4 балла).

Задачей изобретения является разработка способа изготовления железнодорожных колес, обеспечивающего получение свойств в диске и ободе колеса при упрочнении с прокатного нагрева на уровне, соответствующем термообработке с отдельного нагрева.

Технический результат по достижению свойств металла обода и диска на уровне термообработки с отдельного нагрева достигается за счет оптимизации температуры окончания деформации и температуры закалки колеса, а именно температуру окончания пластической деформации поддерживают в интервале 960 - 880oC, а температуру колеса перед упрочнением в интервале 940 - 780oC, причем продолжительность последеформационной паузы перед закалкой составляет не более 150 с.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В интервале температур окончания деформации 960 - 880oC и последующего упрочнения с прокатного нагрева 940 - 780oC формируется структура в диске и ободе колеса, обеспечивающая уровень свойств этих элементов в соответствии с требованиями ГОСТ 10791. Величина действительного зерна в диске и ободе в предлагаемом интервале температур окончания деформации и перед упрочнением составляет соответственно 6-8 и 4-6 балла.

Различная величина зерна в диске и ободе колеса обусловлена, в частности, различной степенью претерпеваемой деформации и условиями последеформационного охлаждения этих элементов колеса. Так, в ободе и диске колеса максимальная высотная деформация соответственно составляет 60 и 90%, а скорость последеформационного охлаждения диска колеса значительно превышает скорость охлаждения массивного обода, что определяет различную скорость протекания рекристаллизации в этих элементах колеса.

Предлагаемый интервал температур окончания деформации в зависимости от содержания углерода составляет: C, % - oC 0,53 - 0,57 - 960 - 940 0,58 - 0,62 - 930 - 910 0,63 - 0,67 - 900 - 880 При температуре окончания деформации в указанных интервалах и в зависимости от содержания углерода усредняется структура и механические свойства металла диска и обода. Так, более высокая температура окончания деформации для плавок с низким содержанием углерода (0,53 - 0,57%) позволяет уменьшить количество структурно свободного феррита и межпластиночное расстояние в перлите, что позволяет повысить временное сопротивление металла при высоком ресурсе пластичности и ударной вязкости, обеспечиваемом низким содержанием углерода. При высоком содержании углерода (0,63 - 0,67%) понижение температуры окончания деформации способствует увеличению ресурса пластичности и ударной вязкости, которое достигается за счет увеличения количества структурно свободного феррита и межпластиночного расстояния в перлите, а также дополнительного измельчения действительного зерна.

Совокупное влияние перечисленных структурных факторов позволяет получить механические свойства обода и диска в соответствии с требованиями ГОСТ 10791.

Интервал температур колеса перед упрочнением с прокатного нагрева составляет 940 - 780oC и в зависимости от содержания углерода и находится в пределах: C, % - oC 0,53 - 0,57 - 940 - 840 0,58 - 0,62 - 910 - 810 0,63 - 0,67 - 880 - 780
Пределы температур перед упрочнением в каждой из 3-х групп по содержанию углерода обусловлены двумя факторами: температурой окончания деформации и продолжительностью последеформационной паузы, которая согласно предлагаемому способу составляет не более 150 с.

Так, после транспортировки колеса к закалочной машине максимальная температура перед упрочнением для каждой из 3-х групп по углероду составляет соответственно 940, 910 и 880oC. Максимальная температура перед упрочнением колеса в соответствии с максимальной продолжительностью последеформационной паузы 150 с, согласно предлагаемому способу, для каждой из 3-х групп по углероду составляет соответственно 840, 810 и 780oC.

Предельное значение продолжительности последеформационной паузы, равное 150 с, обусловлено следующим: с увеличением продолжительности последеформационной паузы более 150 с снижаются значения пластических характеристик обода колеса, что связано с протеканием процессов рекристаллизации и ростом аустенитного зерна и как следствие увеличением размера перлитных колоний.

Пример реализации способа.

Для промышленного опробования способа были отобраны три группы заготовок с содержанием углерода соответственно 0,57; 0,62 и 0,67%. Содержание марганца было практически одинаковым и составляло 0,75 - 0,77%. После нагрева до температуры 1240oC заготовки были продеформированы на агрегатах прессопрокатной линии, включая следующие технологические операции: предварительная и окончательная осадка, формовка, прокатка и выгибка колеса.

Температура окончания деформации и температура перед упрочнением колеса, а также режим отпуска в соответствии с предлагаемым способом и по технологии прототипа, приведены в таблице 1.

Результаты испытаний колес, изготовленных по предлагаемому способу и в соответствии с прототипом приведены в таблице 2.

Как следует из приведенных данных, регламентирование параметров температуры окончания деформации и температуры колеса перед упрочнением позволяют резко повысить уровень значений пластических характеристик и ударной вязкости.


Формула изобретения

1. Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, включающий нагрев заготовки до 1200 - 1240 oС, деформацию, содержащую осадку, формовку, прокатку и выгибку колеса, прерывистую закалку и отпуск, отличающийся тем, что температуру окончания деформации поддерживают в интервале 960 - 880oС, осуществляют последеформационную паузу продолжительностью не более 150 с до достижения температуры колеса перед закалкой в интервале 940 - 780oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прерывистую закалку осуществляют при вертикальном расположении колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к термической обработке черных металлов и может быть использовано при производстве колесных бандажей из углеродистой стали для подвижного состава трамвая

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к полуавтоматическим линиям для плазменного поверхностного упрочнения бандажей и ободьев колес, и может быть использовано при проектировании и изготовлении оборудования для ремонтных предприятий железнодорожного транспорта, оборудованных станочным парком для механической обработки колес без демонтажа колесной пары
Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии изготовления цельнокатаных железнодорожных колес

Изобретение относится к металлургии, а именно к методам упрочнения стальных литых и цельнокатаных колес

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, в частности к способам термической обработки стальных штамповано-катаных железнодорожных и крановых колес

Изобретение относится к термической обработке цельнокатаных колец и бандажей

Изобретение относится к термической обработке железнодорожных бандажей и может быть использовано при изготовлении изделий типа тел вращения из углеродистых сталей

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству железнодорожных колес

Изобретение относится к машиностроению, в частности к оборудованию для изготовления цилиндрических заготовок типа бандажа

Изобретение относится к термической обработке изделий, в частности колес

Изобретение относится к металлургии, в частности к технологии изготовления цельнокатаных железнодорожных колес

Изобретение относится к термической обработке проката и может быть использовано при производстве цельнокатаных железнодорожных колес

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке цельнокатаных железнодорожных колес

Изобретение относится к плазменной обработке железнодорожных колес

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении широкой номенклатуры колес для транспортных средств, включая автомобильные, авиационные, а также катков для транспорта на гусеничном ходу

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу изготовления гребней колес подвижного состава, и может быть использовано для термической обработки элементов деталей с наружными поверхностями вращения

Изобретение относится к обработке металлов давлением и направлено на совершенствование технологии изготовления изделий типа колес штамповкой и прокаткой

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а конкретно к установкам для упрочнения ободов колес и головок рельсов

Изобретение относится к термической обработке черных металлов и может быть использовано при производстве бандажей для горизонтальных и вертикальных валков прокатных станов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке металлов с применением токов высокой частоты, и может быть использовано в машиностроении для закалки ободов зубчатых
Наверх