Способ восстановления несущих деталей вагонной тележки

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к ремонту старогодных боковых рам и надрессорных балок тележек грузовых вагонов. Сущность изобретения заключается в том, что деталь при поступлении в ремонт подвергается нагреву в температурном интервале Ac₁...Ас₃ диаграммы состояния железо-углерод с выдержкой при наибольшей температуре, необходимой для выравнивания последней по сечениям наиболее напряженных в эксплуатации зон, после чего осуществляют охлаждение детали на воздухе с ускоренным охлаждением упрочняемых зон со стороны поверхностей, находящихся под воздействием растягивающих рабочих напряжений, со скоростью 1...12 град/с до температуры смежных зон ниже 550°С с последующим самоотпуском за счет теплообмена со смежными зонами. Использование предлагаемого способа позволяет продлить гарантийный срок безотказной эксплуатации старогодных деталей до поступления в следующий плановый ремонт.

 

Изобретение относится к области ремонта деталей железнодорожного подвижного состава и может быть использовано для продления срока службы старогодных литых боковых рам и надрессорных балок тележек грузовых вагонов.

Известен способ термической обработки деталей, по которому проводят дифференцированное охлаждение различных сечений путем подачи различных охлаждающих сред /1/.

Однако данный способ позволяет лишь выровнять скорости охлаждения металла в разных сечениях и снизить уровень внутренних напряжений.

Известен также способ термической обработки литых деталей железнодорожного подвижного состава /2/, включающий нагрев до температуры 890-900°С, выдержку при этой температуре и последующее охлаждение на воздухе с ускоренным охлаждением зон наиболее высоких рабочих напряжений на 5-25°С в минуту большей, чем скорость охлаждения смежных зон до температуры смежных зон 650-550°С. При этом охлаждение зон наиболее высоких рабочих напряжений осуществляется сжатым воздухом или водовоздушной смесью.

Недостатком данного способа является появление в поверхностном слое обезуглероженного слоя в процессе высокотемпературного нагрева с продолжительной выдержкой. Детали эксплуатационного парка при изготовлении подвергались термической обработке по режиму нормализации, поэтому повторная высокотемпературная термическая обработка приведет к увеличению толщины обезуглероженного слоя и будет малоэффективна для продления срока службы.

Цель заявляемого способа - повышение долговечности и эксплутационной надежности старогодных несущих деталей тележек при продлении срока их эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что деталь при поступлении в ремонт подвергается нагреву в температурном интервале Ас₁...Ас₃ диаграммы состояния железо-углерод с выдержкой при наибольшей температуре, необходимой для выравнивания последней по сечениям наиболее напряженных в эксплуатации зон, после чего осуществляют охлаждение детали на воздухе с ускоренным охлаждением упрочняемых зон со стороны поверхностей, находящихся под воздействием растягивающих рабочих напряжений, со скоростью 1...12 град/с до температуры смежных зон ниже 550°С с последующим самоотпуском за счет теплообмена со смежными зонами.

Существенными отличительными признаками изобретения являются:

- нагрев в температурном интервале Ac₁...Ас₃ диаграммы состояния железо-углерод;

- ускоренное по сравнению со смежными зонами охлаждение упрочняемых зон со стороны поверхностей, находящихся в эксплуатации под воздействием растягивающих рабочих напряжений, со скоростью 1...12 град/с;

- прекращение ускоренного охлаждения упрочняемых зон при температуре смежных с ними зон ниже 550°С;

- самоотпуск упрочняемых зон после завершения ускоренного охлаждения за счет теплообмена со смежными зонами.

Существенность отличительных признаков заключается в следующем.

1) Упрочнение наиболее напряженных в эксплуатации зон реализуется за счет формирования в них в результате дифференцированного охлаждения остаточных термических напряжений обратного знака рабочим напряжениям, что обеспечивает повышение сопротивления усталости детали в этих зонах. Решающим фактором для появления термических остаточных напряжений является нагрев в температурном интервале фазовых превращений выше точки Ac₁ диаграммы состояния железо-углерод, при котором снижается сопротивление стали пластической деформации. Максимальная температура нагрева не должна обуславливать возможность появления при последующем ускоренном охлаждении хрупких структур в металле, как, например, при термообработке по режиму закалки, поэтому она принимается равной не выше точки Ас₃ диаграммы состояния железо-углерод.

2) Ускоренное, по сравнению со смежными зонами, охлаждение упрочняемых зон со стороны поверхностей, находящихся в эксплуатации под воздействием растягивающих рабочих напряжений, необходимо для формирования в них остаточных сжимающих напряжений, что обеспечивает снижение суммарных напряжений, возникающих от эксплуатационной нагрузки и, как следствие этого, повышение сопротивления усталости. Существенное повышение сопротивления усталости (более чем на 10%), возможно при скорости охлаждения упрочняемых зон не менее 1 град/с. Максимальная скорость охлаждения упрочняемых зон не должна приводить к короблению детали и не должна превышать 12 град/с, что соответствует максимальной скорости охлаждения деталей этого класса при закалке в масле.

2) Прекращение ускоренного охлаждения упрочняемых зон должно заканчиваться после завершения фазовых превращений в структуре стали в смежных с ними зонах детали. Исходя из того, что в эксплуатации находятся детали, изготовленные разными заводами из различных марок малоуглеродистой и низколегированной стали, отличающихся температурами фазовых превращений, гарантированное продление срока службы за счет упрочнения наиболее нагруженных зон остаточными термическими напряжениями возможно при температуре завершения ускоренного охлаждения заведомо ниже точки Ar₁, что по экспериментальным данным соблюдается при ее значении ниже 550°С;

3) Самоотпуск упрочняемых зон после завершения ускоренного охлаждения необходим для выравнивания остаточных напряжений в упрочняемых зонах и стабилизации структуры стали после фазовых превращений за счет теплообмена со смежными зонами. В условиях поточного ремонта деталей длительный отпуск невозможен, поэтому оптимальным является самоотпуск за счет теплообмена упрочняемых зон со смежными зонами детали как на воздухе, так и при непродолжительном нахождении ее в термостате.

Пример конкретного выполнения.

Боковая рама, изготовленная из стали 20 ГФЛ, помещается в камерной печи при температуре 890±15°С и выдерживается при этой температуре в течение 0,5 ч. После извлечения нагретой детали из печи она размещается в ложементе и фиксируется в нем в горизонтальном положении. Ускоренное охлаждение упрочняемых зон (наружные и внутренние углы буксовых проемов, нижние и верхние углы рессорного проема) осуществляется водовоздушной смесью с помощью спрейерного устройства при расходе воздуха 0,02...0,05 м³/см² в мин и расходе воды 0,003...0,009 л/см² в мин со скоростью 6,3...7,7 град/с и продолжается до температуры 530±15°С. При таком режиме дифференцированного охлаждения уровень остаточных напряжений в упрочняемых зонах составляет не ниже 140 МПа, что по данным натурных усталостных испытаний боковых рам, подвергнутых восстановительной термической обработке, повышает предел выносливости деталей не ниже, чем на 20%.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №337416, кл. С 21 D 1/56, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР №659635, кл. С 21 D 1/56, 1979.

Способ восстановления несущих деталей вагонной тележки, включающий высокотемпературный нагрев с последующим охлаждением на воздухе и ускоренным охлаждением зон наиболее высоких рабочих напряжений по сравнению со смежными зонами, отличающийся тем, что деталь подвергается нагреву в температурном интервале Ас₁...Ас₃ диаграммы состояния железо-углерод с выдержкой при наибольшей температуре, необходимой для выравнивания последней по сечениям наиболее напряженных в эксплуатации зон, после чего осуществляют охлаждение детали на воздухе с ускоренным охлаждением упрочняемых зон со стороны поверхностей, находящихся под воздействием растягивающих рабочих напряжений, со скоростью 1...12 град/с до температуры смежных зон ниже 550°С с последующим самоотпуском за счет теплообмена со смежными зонами.