Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс



Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс
Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс
Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс
Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс
Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс
Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс
Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс
Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс
Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс

 

C21D1/62 - 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 2612479:

Акционерное Общество "Выксунский металлургический завод" (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к оборудованию для термической обработки железнодорожных колес, и может быть использовано в черной металлургии и машиностроении в линиях термической обработки колес. Устройство содержит 2 опорных ролика, 2 поддерживающих ролика и размещенные между ними спрейеры для подачи охлаждающей жидкости. При этом спрейеры для охлаждения боковых поверхностей обода, расположенные между опорными роликами, выполнены одноплоскостными, а спрейер для охлаждения поверхности катания обода, расположенный между опорным и поддерживающим роликами, выполнен повторяющим кривизну поверхности катания обода. Изобретение направлено на снижение расхода охлаждающей воды, облегчение ее удаления, устранение образования паровой «рубашки» между закаливаемой поверхностью и охлаждающей средой, обеспечение скоростей охлаждения металла обода ниже критической по всему сечению с получением структуры тонкопластинчатого перлита по всей толщине обода и исключение попадания воды на диски колес соседних устройств. 2 ил., 6 табл.

 

Изобретение относится к оборудованию для термической обработки железнодорожных колес и может быть использовано в черной металлургии и машиностроении в линиях термической обработки колес.

В настоящее время одним из требований, предъявляемых к колесам, является высокая твердость обода в сочетании с его перлитной структурой, поскольку структура перлита обеспечивает более высокое сопротивление износу и контактно-усталостным и термическим повреждениям, чем структура бейнита или мартенсита при одинаковой твердости.

Известна машина для термоупрочнения обода цельнокатаных железнодорожных колес в вертикальном положении, содержащая неподвижную станину, на которой смонтированы два приводных ролика, два рычага со стабилизирующими катками и три спрейерных устройства (Патент RU 2055914 C21D 9/34, 1996 г.), расположенных один между приводными роликами, два других между приводным и ближним к нему стабилизирующем катком. Все спрейерные устройства повторяют кривизну поверхности катания обода колеса и охлаждают обод с поверхности катания, при этом зона охлаждения по протяженности достигает половину периметра обода термоупрочняемого колеса.

Основным недостатком указанной машины является одностороннее охлаждение обода с поверхности катания, которое не позволяет достичь высокого уровня физико-механических свойств (твердость, пластические и вязкие характеристики), определяющих стойкость колес в эксплуатации, по всей рабочей толщине обода. При такой схеме охлаждения твердость металла обода, определяющая износостойкость, существенно снижается после переточек колес. При интенсивном охлаждении, особенно ободьев колес с высоким содержанием углерода, марганца, хрома в поверхностных слоях обода возможно образование структуры мартенсита и бейнита. Известно, что с точки зрения обеспечения минимальной повреждаемости колес в эксплуатации оптимальным является обеспечение структуры тонкопластинчатого перлита по всему сечению обода.

В качестве прототипа известно устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колес (Патент RU 2082775 C21D 9/34, 1997 г.). Устройство содержит приводные опорные и поддерживающие ролики, спрейеры для подачи охлаждающей жидкости на элементы обода - поверхность катания, боковую поверхность с наружной стороны, боковую поверхность с внутренней стороны колеса. Спрейер, расположенный между опорными роликами, выполнен составным и комбинированным, двухплоскостного действия, обе части которого имеют L-образную форму с противоположным направлением полки относительно вертикальной, причем эти вертикальные полки комбинированных спрейеров выполнены под углом 75-85° к горизонтальным полкам, а два других спрейера, расположенных по другую сторону роликов (между опорными и поддерживающими), выполнены одноплоскостными.

Недостатками данного устройства являются:

- одновременное охлаждение всех трех поверхностей обода на локальном участке между опорными роликами малоэффективно из-за затруднительного удаления отраженной воды, особенно при термоупрочнении колес с более интенсивным охлаждением для получения твердости металла обода 320-390 НВ (колеса из стали марки Т по ГОСТ 10791-2011, колеса класса С, D по стандарту AAR М-107/М-208), и образующейся паровой «рубашки» в такой замкнутой конструкции. Интенсивность отбора тепла от металла при этом снижается и, как следствие, не достигаются необходимые прочностные характеристики металла обода;

- при компактном расположении нескольких таких устройств в поточной линии термоупрочнения колес возможно попадание отраженной воды на диски нагретых до температуры закалки колес на соседних устройствах, что может привести к закалке металла дисков и риску их разрушения в эксплуатации;

- скорости охлаждения металла обода при такой схеме охлаждения с поверхности катания для колес из стали марки Т по ГОСТ 10791-2011, колес класса С, D по стандарту AAR М-107/М-208 с повышенным содержанием углерода достигаются выше критических, в поверхностных слоях металла обода с поверхности катания образуются структуры мартенсита и бейнита. Превышение скорости охлаждения подповерхностных слоев металла обода с поверхности катания выше критических происходит вследствие большой протяженности зоны ее охлаждения по периметру колеса, охватываемой двумя горизонтальными полками L-образных спрейеров и двумя одноплоскостными спрейерами. При этом подповерхностные слои металла боковых поверхностей обода, охлаждаемые в одном месте вертикальными полками L-образных спрейеров, имеющих значительно меньшую протяженность зоны охлаждения по периметру колеса, всегда имеют полностью перлитную структуру.

Задачей предлагаемого устройства для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колес является снижение расхода охлаждающей воды, облегчение удаления отраженной воды и устранение образования паровой «рубашки» между закаливаемой поверхностью и охлаждающей средой, обеспечение скоростей охлаждения металла обода ниже критической по всему сечению с получением структуры тонкопластинчатого перлита по всей толщине обода, также исключение попадания отраженной охлаждающей воды на диски колес, закаливаемых на соседних устройствах.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колес, содержащих 2 приводных опорных и 2 поддерживающих ролика и размещенные между ними спрейеры для подачи охлаждающей жидкости на элементы вращающегося в вертикальной плоскости нагретого до температуры закалки колеса, охлаждение боковых поверхностей обода осуществляется из двух индивидуальных одноплоскостных спрейеров, расположенных между опорными роликами, а охлаждение поверхности катания осуществляется из одного индивидуального спрейера, повторяющего кривизну поверхности катания обода, расположенного между опорным и поддерживающим роликом.

Пример практической реализации изобретения.

Термической обработке по предлагаемому способу подвергались колеса ∅914 мм из стали класса С по стандарту AAR М-107/М-208 (3 плавки) и ∅957 мм из стали марки Т по ГОСТ 10791-2011 (3 плавки). Химический состав стали опытных плавок приведен в таблицах 1 и 2.

После нагрева колес до температуры аустенизации они подвергались прерывистой закалке. Закалку колес проводили в закалочных устройствах вертикального типа. Охлаждающую жидкость на боковые поверхности обода с наружной и внутренней стороны колеса подавали из 2-х индивидуальных одноплоскостных спрейеров, расположенных между опорными роликами, а охлаждение поверхности катания осуществляли из одного индивидуального спрейера, повторяющего ее кривизну, расположенному между опорным и поддерживающим роликами. После закалки колеса подвергались охлаждению на воздухе и отпуску при оптимальной температуре, окончательной механической обработке и испытаниям в соответствии с требованиями стандартов. Для сравнения использовали результаты испытаний аналогичных колес, термоупрочненных на устройстве-прототипе.

У колес, закаленных на заявленном устройстве, при контроле макроструктуры обода после горячего травления, в отличии от закаленных на устройстве-прототипе, у поверхности катания отсутствовали участки повышенной травимости, что свидетельствует об отсутствии структур, образующихся по сдвиговому и диффузионно-сдвиговому механизму, таких как мартенсит и бейнит.

Фотографии результатов контроля макроструктуры опытных и сравнительного колес представлены на рисунках:

- на фиг. 1 представлена макроструктура ободьев опытных колес и сравнительного колеса из стали класса С по стандарту AAR М-107/М-208 (а-1, б-2, в-3, г-сравнительное);

- на фиг. 2 представлена макроструктура ободьев опытных колес и сравнительного колеса из стали марки Т ГОСТ 10791-2011 (а-1, б-2, в-3, г-сравнительное).

Результаты механических испытаний колес диаметром 957 мм из стали марки Т по ГОСТ 10791-2011, закаленных на предлагаемом устройстве и на устройстве-прототипе, представлены в таблице 3.

Результаты контроля твердости по сечению обода колес диаметром 914 мм класса С по стандарту AAR М-107/М-208, закаленных на предлагаемом устройстве и на устройстве-прототипе, представлены в таблицах 4, 5.

Сравнительные данные по среднему значению расхода охлаждающей воды при закалке колес на предлагаемом устройстве и устройстве-прототипе представлены в таблице 6.

Таким образом, по сравнению с прототипом, использование заявляемого устройства позволяет при достижении одинакового уровня прочностных характеристик обода снизить расход охлаждающей воды на 21-22%, обеспечить скорости охлаждения металла по всему его сечению ниже критических с получением полностью перлитной структуры, что подтверждается отсутствием полос повышенной травимости на подвергнутых горячему травлению образцах. Использование между опорными роликами только двух одноплоскостных спрейеров для охлаждения боковых поверхностей обода способствует беспрепятственному удалению отраженной воды, исключает возможность появления «паровой рубашки» и попадания воды на поверхности дисков колес, закаливаемых на соседних устройствах.

Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колес, содержащее два опорных и два поддерживающих ролика и размещенные между ними спрейеры для подачи охлаждающей жидкости на поверхность катания и боковые поверхности с внутренней и наружной сторон обода вращающегося в вертикальной плоскости колеса, отличающееся тем, что оно содержит два одноплоскостных спрейера для охлаждения боковых поверхностей обода, расположенных между опорными роликами, и один спрейер для охлаждения поверхности катания, расположенный между опорным и поддерживающим роликами и выполненный с кривизной поверхности, повторяющей кривизну поверхности катания обода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Способ включает расточку бандажа, нагрев бандажа и установку бандажа на колесный центр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке железнодорожных бандажей. Для обеспечения высоких потребительских свойств осуществляют термическую обработку железнодорожного бандажа из стали, содержащей, мас.%: С 0,65-0,75, Mn 0,6- 0, 9, Si 0,22-0,45, Cr 0,2-0,6 и V 0,01-0,03.

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей и может быть использовано для упрочнения рабочих трущихся поверхностей рельс и колес подвижного состава, в частности изобретение относится к способу упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар.

Изобретение относится к области термической обработки, в частности к обработке стальных железнодорожных колес для формирования необходимого распределения сжимающих остаточных напряжений в ободе.

Изобретение относится к способам плазменной обработки и может быть использовано для упрочнения локомотивных и вагонных колес из углеродистой марганцовистой стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, ванадий, серу, фосфор, железо и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке цельнокатаных железнодорожных колес. .
Изобретение относится к машиностроению и термической обработке металлов и может быть использовано при производстве новых и ремонте старых железнодорожных колес. .

Изобретение относится к способу и устройству для плазменной обработки тела вращения и может найти применение при упрочнении железнодорожных колес. .

Изобретение относится к способу лазерной обработки поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар из различных марок стали, работающих в условиях трения-износа.

Изобретение относится к области термической обработки. .
Изобретение относится к области термомеханической обработки сортового горячекатаного проката из конструкционных сталей перлитного класса и может быть использовано при изготовлении из него высокопрочных крепежных изделий.

Изобретение относится к области металлургии. Для уменьшения шероховатости поверхности текстурированного листа из электротехнической стали и уменьшения магнитных потерь лист имеет область замыкающего домена, линейно распространяющуюся на поверхности стального листа в направлении под углом от 60° до 120° относительно направления прокатки, при этом область замыкающего домена сформирована периодически с интервалами s (мм) в направлении прокатки, так что h≥74,9t+39,1 (0,26≥t); h≥897t-174,7 (t>0,26); (w×h)/(s×1000)≤-12,6t+7,9 (t>0,22) и (w×h)/(s×1000)≤-40,6t+14,1 (t≤0,22), где h (мкм) – глубина, а w (мкм) - ширина области замыкающего домена.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к холоднокатаному и отожженному листу толщиной 0,5-2,6 мм, состоящему из стальной подложки для термической обработки и предварительного металлического покрытия, нанесенного на по меньшей мере две основные поверхности стальной подложки.

Изобретение относится к многофазной стали максимальной прочности с определенным составом, а также к способу изготовления холодно- или горячекатаной стальной полосы из этой стали, при котором в процессе непрерывного отжига формируют необходимую многофазную микроструктуру.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки железоникелевого сплава. Заявлен способ обработки инварного сплава на основе системы железо-никель.

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу изготовления высокопрочной конструкционной стали. Способ изготовления высокопрочной конструкционной стали включает этап изготовления сляба для изготовления стального сляба, этап (1) нагревания стального сляба до температуры в диапазоне от 950 до 1300°С, этап (2) выравнивания для выравнивания температуры стального сляба, этап горячей прокатки стального сляба, содержащий стадию (5) горячей прокатки I типа в диапазоне температур, в котором не происходит рекристаллизация, ниже температуры окончания рекристаллизации (RST), но выше температуры А3 образования феррита, и для обеспечения температуры чистовой прокатки (FRT), этап (6) закалки горячекатаной стали со скоростью охлаждения по меньшей мере 20°С/с до температуры окончания закалки (QT), причем указанная температура окончания закалки (QT) находится между температурами Ms и Mf, этап (7, 9) перераспределяющей обработки для перераспределения углерода в микроструктуре горячекатаной стали от мартенсита к аустениту, и этап (8) охлаждения горячекатаной стали до комнатной температуры посредством принудительного или естественного охлаждения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к рельсу из низколегированной стали. Рельс из низколегированной стали, в котором структура стали в головке содержит 5-15% по объему феррита и многофазный бейнит, состоящий из верхнего и нижнего бейнита.
Изобретение относится к области обработки черных металлов, в частности к обработке изделий из среднеуглеродистых легированных конструкционных сталей. Техническим результатом изобретения является повышение значений показателей ударной вязкости и пластичности без снижения показателей прочности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке рельсов, в том числе железнодорожных. Для равномерного распределения охлаждающей среды на поверхности рельса устройство содержит трубопроводы газа и воды, систему импульсной квазинепрерывной и/или непрерывной инжекции воды в газовый поток с импульсными инжекторами, охлаждающие модули, каждый из которых содержит коллектор с рассекателем для подачи охлаждающей среды одновременно на головку и подошву рельса, при этом трубопровод подачи газа сопряжен с каждым коллектором посредством переходного фланца с встроенным инжектором, выпускные отверстия которых направлены в трубопровод газа для формирования охлаждающей среды.

Изобретение относится к получению порошковых магнитотвердых сплавов. Способ получения порошкового магнитотвердого сплава 30Х20К2М2В системы железо-хром-кобальт включает приготовление шихты из порошков железа, хрома, кобальта, молибдена и вольфрама, формование полученной шихты, спекание, термообработку и термомагнитную обработку.

Железнодорожное колесо включает в себя обод, состоящий из поверхности катания, гребня и боковых поверхностей, ограниченных внутренними диаметрами обода с наружной и внутренней сторон, ступицу и диск, образованные наружной и внутренней поверхностями, симметричными относительно теоретической средней линии поперечного профиля диска, которая перпендикулярна оси вращения колеса и проходит через первую точку в месте минимальной толщины диска и его сопряжения с ободом, вторую и третью точку, между которыми расположена часть диска постоянной толщины с посадочными поверхностями и отверстиями под установку дисковых тормозов, четвертую точку в месте минимальной толщины диска со стороны ступицы и пятую точку в месте сопряжения со ступицей.
Наверх