Способ термической обработки рельсов


 

C21D1/42 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2418077:

Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке железнодорожных рельсов. Для снижения твердости металла в поверхностном слое рельса и исключения термических напряжений и деформации рельса способ термической обработки рельсов включает одновременный индукционный нагрев головки и подошвы рельса. Индукционный нагрев головки рельса осуществляют до температуры 500-700°С, индукционный нагрев подошвы рельса осуществляют до температуры 150-350°С при скорости перемещения рельса 1,2-3,5 м/мин. Индукционный нагрев головки рельса проводят при значении силы тока 80-140 А и напряжения 250-400 В в индукторе. Индукционный нагрев подошвы рельса проводят при значении силы тока 50-100 А и напряжения 100-250 В в индукторе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано при термической обработке железнодорожных рельсов.

С целью продления срока службы бывших в эксплуатации рельсов их подвергают фрезерованию поверхностного слоя металла головки, который после эксплуатации имеет дефектное строение и повышенную твердость (430-500 единиц Бриннеля). При удалении такого твердого слоя металла на глубину до 2 мм от поверхности катания рельса происходят изломы, выкрашивания и износ резцов, изготовленных из твердосплавных материалов.

Для снижения выхода из строя резцов при удалении дефектного слоя металла с поверхности рельсов необходимо нагревать поверхностный слой на глубину и до температуры, которая обеспечит снижение твердости поверхностного слоя.

Известны способы термической обработки рельса (например, заявка 2178251, 30.09.1975), в соответствии с которыми подлежащий удалению слой металла нагревается до температуры, при которой механические свойства его изменяются, и затем удаляется обычным резцом. В качестве нагревателя в этих способах могут быть использованы высокочастотные генераторы, газовые горелки и плазмотроны.

Недостатками этих способов является низкая производительность. Нагревание поверхности позволяет снизить усилие на резец, но из-за низкой теплопроводности обрабатываемых с подогревом сплавов для получения на глубине 2-5 мм по всей ширине поверхности резания необходимой температуры мощность нагревателя должна быть очень большой, а скорость его перемещения маленькой. Так нагреватель 60 кВт, перемещаясь со скоростью 2,64 м/мин, создает в стали температуру 600°С на глубине 2,25 мм, а при скорости 7,56 м/мин - на 1,0 мм.

Известен также способ термической обработки с плазменным нагревом (например, заявка 2178251, 30.09.1975), при котором с помощью плазмотрона расплавляют и удаляют поверхностный слой металла толщиной до 20 мм.

Недостатками этого способа является низкое качество поверхности (обычно требуется дополнительная чистовая механическая обработка); очень большой расход энергии, так как весь удаляемый металл необходимо нагреть до температуры плавления и расплавить. В результате этот способ промышленного применения не нашел.

Наиболее близким к заявленному способу является способ термической обработки рельсов, включающий индукционный нагрев головки и подошвы рельса (RU 2162486 С2, C21D 9/04, 27.01.2001 г.). В данном способе индукционный нагрев включает предварительный нагрев каждого поперечного сечения рельса последовательно или одновременно до температуры, превышающей температуру конца аустенитного превращения стали с получением одинаковой и однородной аустенитной структуры, дополнительный нагрев или перегрев головки рельса, который осуществляют до температуры, не превышающей 1050°С. При этом средняя температура каждого поперечного сечения головки рельса должна превышать по меньшей мере на 40°С среднюю температуру того же поперечного сечения подошвы. Далее осуществляют охлаждение каждого поперечного сечения рельса.

Недостатком указанного способа, так же, как и перечисленных выше способов, является то, что они не обеспечивают необходимую твердость металла в поверхностном слое и условий отсутствия коробления рельсов после нагрева поверхностного слоя, вызванного возникновением некомпенсированного напряженного состояния.

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение твердости металла в поверхностном слое рельса и исключение термических напряжений и деформаций рельса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе термической обработки рельсов индукционный нагрев головки и подошвы рельса осуществляют одновременно, при этом индукционный нагрев головки рельса осуществляют до температуры 500-700°С и индукционный нагрев подошвы рельса осуществляют до температуры 150-350°С при скорости перемещения рельса 1,2-3,5 м/мин.

Причем индукционный нагрев головки рельса может быть проведен при значении тока 80-140 А и напряжения 250-400 В в индукторе, а индукционный нагрев подошвы рельса может быть проведен при значении тока 50-100 А и напряжения 100-250 В в индукторе.

Проведение одновременного индукционного нагрева головки до температуры 500-700°С и подошвы рельса до температуры 150-350°С при скорости перемещения рельса 1,2-3,5 м/мин позволяет компенсировать действующие в головке и подошве рельса напряжения и деформации, а также снизить твердость металла в поверхностном слое рельса до 285 - 340 единиц Бриннеля, что обеспечивает отсутствие коробления рельса при его дальнейшей механической обработке (фрезеровании) и сохранение прямолинейности рельса.

Индукционный нагрев головки рельса осуществляют до температуры 500-700°С, поскольку температура, выходящая за данный диапазон, приводит к интенсивному охлаждению индукционно нагретого поверхностного слоя из двухфазной области и к его фактической закалке с образованием мартенсита.

Для компенсации термических напряжений и деформаций нагрев подошвы должен осуществляться до температуры 150-350°С. Выбор данного интервала температуры нагрева обусловлен тем, что при температуре менее 150°С тепловложения в подошву рельса не обеспечивают его прямолинейность, а при температуре более 350°С происходит процесс отпуска рельса, который приведет к разупрочнению поверхностного слоя подошвы рельса.

Скорость перемещения рельса через индукторы должна составлять 1,2-3,5 м/мин. При отклонении скорости перемещения рельса через индукторы более 3,5 м/мин глубина нагрева поверхностного слоя металла будет менее 2,0 мм, что недостаточно для полного удаления металла при последующем фрезеровании, а при глубине менее 1,2 мм не осуществляется полное разупрочнение наклепанного дефектного слоя.

Для достижения в головке рельса требуемой температуры (500 - 700°С) на глубине до 2,0 мм от поверхности катания значения тока и напряжения в индукторе, нагревающем головку, могут составлять Iгол =80-140А, Uгол=250-400 В. Для достижения нагрева подошвы до температуры 150-350°С значения тока и напряжения в индукторе на подошве рельса могут составлять Iпод=50-100 A, Uпод=100-250 В. При отклонении значений тока и напряжения в индукторах от указанных параметров может быть не обеспечена компенсация тепловложений в рельс и, соответственно, компенсация внутренних напряжений, что необходимо для сохранения прямолинейности рельса.

Для обеспечения заявленного способа термической обработки рельсов может быть использовано оборудование, включающее:

- блок питания индуктора для нагрева подошвы рельса;

- блок питания индуктора для нагрева головки рельса;

- блок согласования индуктора для нагрева головки и подошвы рельса;

- индуктор для нагрева головки рельса;

- индуктор для нагрева подошвы рельса;

- станцию автономного охлаждения индукторов и блоков питания.

Блок питания каждого индуктора выполнен на транзисторной элементной базе, мощность преобразователя частоты 60 кВт (максимальная частота преобразования 66 кГц, при этом имеется возможность автоподстройки частоты). Верхний и нижний индукторы выполнены с трансформаторами для отжига поверхностного слоя в головке и возможности подогрева подошвы рельса с целью предотвращения коробления рельса. Для записи диаграммы нагрева при отработке режима отжига к поверхности головки рельса может быть приварена термопара и подключен координатный самописец.

На чертеже показано расположение индукторов при индукционном нагреве головки и подошвы рельса, где 1 - рельс, 2 - верхний индуктор, 3 - нижний индуктор, 4 - ролик.

Процесс термической обработки рельса предусматривает непрерывный последовательный двухсторонний индукционный нагрев головки и подошвы рельса 1, перемещаемого через индукторы 2 и 3 для нагрева головки и подошвы по рольгангу (роликам 4) со скоростью 1,2-3,5 м/мин. Нагрев головки осуществляется с целью отжига наклепанного слоя рельса 1. Нагрев подошвы осуществляется с целью компенсации термических напряжений и деформаций и обеспечения прямолинейности рельса 1. Нагрев головки и подошвы рельса 1 осуществляют на глубину 1-2 мм поверхностного слоя. После этого можно осуществлять удаление отожженного поверхностного слоя металла рельса 1 методом фрезерования.

Таким образом, в результате термической обработки рельса устраняются наклеп и участки с «белым» слоем в рельсе, снижается твердость металла в поверхностном слое, что позволяет при дальнейшем фрезеровании поверхностного слоя снизить повреждаемость пластин резцов из серийных марок сплава.

1. Способ термической обработки рельсов, включающий индукционный нагрев головки и подошвы рельса, отличающийся тем, что индукционный нагрев головки и подошвы рельса осуществляют одновременно, при этом индукционный нагрев головки рельса осуществляют до температуры 500-700°С, индукционный нагрев подошвы рельса осуществляют до температуры 150-350°С при скорости перемещения рельса 1,2-3,5 м/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что индукционный нагрев головки рельса проводят при силе тока 80-140 А и напряжении 250-400 В, а подошвы рельса - при силе тока 50-100 А и напряжении 100-250 В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области термической обработки деталей из стали, в том числе деталей, имеющих сложную форму. .

Изобретение относится к области обработки металлов и предназначено для термообработки, связанной с нормализацией структуры металла после сварки, в частности алюминотермитной сварки рельсов с промежуточным литьем.

Изобретение относится к области обработки рельсов, в частности устройствам для закалки профильных ходовых рельсов, имеющих при необходимости различную форму поперечного сечения и длину более 50 м, посредством охлаждения по меньшей мере одной части соответствующего поперечного сечения рельса по всей длине рельса в охлаждающей среде.
Изобретение относится к термической обработке сварных соединений, например сварных стыков рельсов, и может быть использовано на железнодорожном транспорте в составе путевых рельсосварочных машин при производстве сварочных работ в пути.

Изобретение относится к области термической обработки железнодорожных рельсов. .
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к термической обработке рельсов. .

Изобретение относится к области упрочняющей обработки длинномерных стальных изделий сложной формы, в том числе при термообработке ответственных деталей верхнего строения пути - остряковых и рамных рельсов.

Изобретение относится к области термической обработка специальных изделий из стали, может быть использовано при изготовлении фасонных профилей остряков стрелочных переводов.

Изобретение относится к диагностике ресурса работоспособности труб магистральных трубопроводов. .

Изобретение относится к технологии модифицирования поверхностных слоев металлических материалов и изделий и может быть использовано в машиностроении, станко-инструментальной промышленности, автомобильной промышленности, сельскохозяйственном машиностроении, металлургической промышленности и атомной энергетике.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке тонкостенных деталей, используемых в различных отраслях машиностроения и направлено на снижение деформации по плоскости ниже 0,2 мм.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке тонкостенных деталей, используемых в различных отраслях машиностроения и направлено на снижение деформации по плоскости ниже 0,2 мм.

Изобретение относится к технологии изготовления поковок, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих при низких температурах, например контейнеров для перевозки и длительность хранения (более 50 лет) отработавшего ядерного топлива.

Изобретение относится к технологии изготовления поковок, предназначенных для изготовления деталей и узлов, работающих при низких температурах, например контейнеров для перевозки и длительность хранения (более 50 лет) отработавшего ядерного топлива.

Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к термической обработке литых стальных деталей, а именно деталей автосцепки, применяемой для автоматического сцепления железнодорожного подвижного состава.

Изобретение относится к области металлургии и нефтяного машиностроения и может быть использовано для изготовления насосно-компрессорных и бурильных труб из легированных конструкционных сталей
Наверх