Способ создания твёрдого поверхностного слоя на детали автосцепки грузового вагона



Способ создания твёрдого поверхностного слоя на детали автосцепки грузового вагона
Способ создания твёрдого поверхностного слоя на детали автосцепки грузового вагона
Способ создания твёрдого поверхностного слоя на детали автосцепки грузового вагона
Способ создания твёрдого поверхностного слоя на детали автосцепки грузового вагона
C21D1/10 - 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 2673437:

РЕЙЛ 1520 АйПи ЛТД (CY)

Изобретение относится к области термообработки металлов и может быть использовано для упрочнения деталей автосцепок железнодорожного транспорта. Способ термоупрочнения включает индукционный нагрев автосцепки и последующее ее охлаждение. Индукционный нагрев производят в зоне рабочей поверхности детали автосцепки, исключая ее кромку. Для построения траектории движения рабочую поверхность детали предварительно сканируют. Для управления перемещением индуктора над рабочей поверхностью детали применяют автоматическое управление. Нагретую поверхность охлаждают, подавая воду через отверстия в корпусе индуктора. Достигается повышение твердости наиболее подверженных износу рабочих поверхностей деталей автосцепок. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке деталей автосцепок железнодорожного подвижного состава для создания твёрдого слоя на подверженных износу рабочих поверхностях деталей.

Известен способ создания твёрдого поверхностного слоя путём многопроходной наплавки на рабочих поверхностях деталей автосцепного устройства железнодорожного вагона, обеспечивающий исключение повреждения наплавленного слоя по кромкам указанных рабочих поверхностей (RU 57226 U1, опубл. 10.10.2006). Известный способ предполагает два варианта реализации, при которых рабочие поверхности детали автосцепного устройства предварительно занижают на толщину наплавляемого слоя и за несколько проходов наплавляют износостойкой проволокой. По одному из вариантов, по кромкам рабочих поверхностей деталей выполняют окантовочные валики из проволоки, обладающей твердостью меньшей, чем твердость проволоки, из которой выполнена основная наплавка. Согласно другому варианту, выполняют выступы, отлитые за одно целое с телом деталей, имеющие твердость меньшую, чем твёрдость проволоки, из которой выполнена основная наплавка.

При реализации данного способа имеется необходимость локального изменения формы отливок, из которых будет изготовлена деталь. В случае несоответствия после нанесения наплавки геометрических параметров детали требованиям документации может возникнуть необходимость дополнительной механической обработки с целью получения требуемой конфигурации и размеров наплавленного слоя. Кроме того, необходимо приобретение дополнительных материалов (проволоки) для осуществления наплавки.

Известен также способ термической обработки литых стальных деталей автосцепки, применяемой для автоматического сцепления железнодорожного подвижного состава, позволяющий повысить твёрдость и циклическую долговечность материала деталей автосцепки (RU 2415182 С1, опубл. 27.03.2011). Известный способ термической обработки после восстановления деталей автосцепки, принятый за наиболее близкий аналог, включает индукционный нагрев током высокой частоты (ТВЧ) детали автосцепки при температуре 890-940°С в течение 5-30 минут и последующее охлаждение детали автосцепки, помещённой в закалочный бак, потоком воды, циркулирующей по замкнутому контуру, в течение 0,4-2,5 минут. Оборудование для реализации способа может состоять из индуктора для нагрева детали автосцепки, источника питания, закалочного бака, закалочного устройства, блока согласующих трансформаторов, насоса.

Данный способ позволяет осуществить термическую обработку и повысить твёрдость всей поверхности восстанавливаемой части детали автосцепки в целом, однако не даёт возможности создать твёрдый слой отдельной, наиболее подверженной износу рабочей поверхности части детали автосцепки, в частности, тяговой поверхности большого и малого зубьев или поверхности зацепления замка.

Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является повышение твёрдости наиболее подверженных износу рабочих поверхностей детали автосцепки грузового вагона с обеспечением сохранности исходной конфигурации контура рабочих поверхностей, включая кромки, повышение долговечности детали автосцепки грузового вагона.

Достигается указанный технический результат тем, что способ создания твёрдого поверхностного слоя на детали автосцепки грузового вагона включает индукционный нагрев поверхности детали и охлаждение нагретой поверхности подачей воды, при этом в отличие от наиболее близкого аналога, индукционный нагрев осуществляют при помощи индуктора непрерывно-последовательным методом в зоне рабочей поверхности детали автосцепки, исключая кромку рабочей поверхности, предварительно сканируют рабочую поверхность детали для построения траектории перемещения индуктора в пределах зоны индукционного нагрева, индуктор перемещают над рабочей поверхностью детали посредством автоматического управления в пределах зоны индукционного нагрева, а охлаждение осуществляют в процессе перемещения индуктора путём подачи воды на нагретую поверхность через отверстия, выполненные в корпусе индуктора.

В качестве индуктора может быть использована медная трубка квадратного сечения с ферритовым магнитопроводом.

В частных формах реализации индуктор перемещают на постоянном расстоянии от рабочей поверхности детали, составляющем от 1 мм до 3 мм.

Преимущественно ширина кромки рабочей поверхности детали составляет от 5 мм до 10 мм.

Отверстия в корпусе индуктора могут быть выполнены под углом к нижней части индуктора таким образом, чтобы обеспечивать наклонное направление подачи воды на нагретую поверхность, совпадающее с направлением перемещения индуктора.

Рабочей поверхностью детали для индукционного нагрева с целью создания твёрдого поверхностного слоя может быть тяговая поверхность большого зуба, либо тяговая поверхность малого зуба корпуса автосцепки.

Применение метода непрерывно-последовательного нагрева током высокой частоты позволяет осуществлять нагрев и создавать твёрдый слой на отдельных поверхностях детали, а именно, на рабочих поверхностях, наиболее подверженных износу в процессе эксплуатации автосцепки грузового вагона. Охлаждение нагретой поверхности путём подачи воды на эту поверхность в процессе перемещения индуктора позволяет осуществлять этап охлаждения непосредственно сразу после этапа индукционного нагрева и тем самым исключить из процесса этап выдержки, обеспечивая создание твёрдого слоя на рабочей поверхности детали, без прогрева детали на всю толщину. Осуществление индукционного нагрева в пределах зоны рабочей поверхности детали автосцепки, исключая кромку рабочей поверхности, не оказывает влияния на исходную конфигурацию детали. Не подверженная индукционному нагреву кромка рабочей поверхности сохраняет исходную твёрдость поверхностного слоя, что снижает вероятность хрупкого разрушения кромки в процессе эксплуатации автосцепки. Последовательность предлагаемых этапов обеспечивает увеличение устойчивости рабочей поверхности детали автосцепки к износу, повышение долговечности, увеличение межремонтного срока службы автосцепки.

Изобретение поясняется графическими материалами, где показано:

на фиг. 1 - расположение индуктора над тяговой поверхностью большого зуба корпуса автосцепки, аксонометрическая проекция;

на фиг. 2 - расположение индуктора над тяговой поверхностью малого зуба корпуса автосцепки, аксонометрическая проекция;

на фиг. 3 - большой зуб корпуса автосцепки с зоной индукционного нагрева, местный поперечный разрез;

на фиг. 4 - малый зуб корпуса автосцепки с зоной индукционного нагрева, местный поперечный разрез;

на фиг. 5 - зависимость твёрдости структуры с 99,9% мартенсита от количества углерода в стали.

Предлагаемое изобретение позволяет создать твёрдый поверхностный слой на таких рабочих поверхностях корпуса 1 автосцепки, как рабочая поверхность 2.1 большого зуба 2 (фиг. 1) и рабочая поверхность 3.1 малого зуба 3 (фиг. 2). Индуктор 4, который может иметь различную конфигурацию, в той своей части, которая обращена к рабочей поверхности 2.1 или 3.1, выполнен, соответственно, длиной Lбз или длиной Lмз.

Зона 2.1.1 индукционного нагрева на большом зубе 2 корпуса 1 автосцепки (фиг. 3) имеет ширину Sбз, глубину hбз и располагается на расстоянии от края большого зуба 2, соответствующем ширине sбз кромки 2.1.2.

Зона 3.1.1 индукционного нагрева на малом зубе 3 корпуса 1 автосцепки (фиг. 4) имеет ширину Sмз, глубину hмз и располагается на расстоянии от края большого зуба 2, соответствующем ширине sмз кромки 3.1.2.

Индуктор 4 расположен таким образом, что его обращённая к рабочей поверхности детали часть длиной L расположена параллельно короткой стороне рабочей поверхности 2.1 или 3.1. При этом величина указанной длины L не превышает величины ширины S соответствующей зоны индукционного нагрева для исключения индукционного нагрева кромки рабочей поверхности. Ширина sбз и sмз кромок 2.1.2 и 3.1.2 составляет от 5 до 10 мм, что обусловлено требованием сохранности конфигурации контура рабочих поверхностей. При ширине кромок менее 5 мм возрастает вероятность откалывания кромок от действия эксплуатационных нагрузок; при ширине кромок более 10 мм происходит сокращение площади зоны индукционного нагрева с твёрдым поверхностным слоем.

В состав оборудования для реализации предлагаемого способа входят электромеханическая часть, включающая в себя индуктор ТВЧ, сканирующее устройство, система автоматического управления (САУ) положением и движением индуктора, генератор тока высокой частоты. В качестве индуктора используют, в частности, медную трубку, имеющую квадратное сечение, с ферритовым магнитопроводом. В корпусе медной трубки выполнены сквозные отверстия для выполнения индуктором функции охлаждающего устройства.

Перед проведением индукционного нагрева (поверхностной закалки ТВЧ) детали автосцепки осуществляют сканирование рабочей поверхности детали с целью определения геометрии рабочей поверхности. Результаты сканирования передаются в САУ для построения траектории трёхмерного движения индуктора над рабочей поверхностью детали.

Для осуществления предлагаемого способа индуктор 4 размещают над тяговой поверхностью 2.1 большого зуба 2 корпуса 1 автосцепки (фиг. 1), либо над тяговой поверхностью 3.1 малого зуба 3 корпуса 1 автосцепки (фиг. 2) и приводят индуктор 4 в действие. Индуктор 4 осуществляет перемещение с постоянной скоростью, в направлении трех координат, задаваемом САУ, с соблюдением постоянного расстояния над рабочей поверхностью, повторяя индивидуальную геометрию рабочей поверхности детали, включая ее криволинейные участки.

Для охлаждения зоны индукционного нагрева в процессе перемещения индуктора 4 на нагретую поверхность подают воду из отверстий, выполненных в нижней части корпуса индуктора 4. При этом отверстия могут быть выполнены под углом к нижней части индуктора таким образом, чтобы обеспечивать наклонное направление подачи воды на нагретую поверхность металла, совпадающее с направлением перемещения индуктора.

Твердость поверхностного слоя, получаемая в результате осуществления способа, находится в диапазоне 40,5-50,0 HRC. Данный диапазон твердости обеспечивается получением в результате закалки слоя со структурой мартенсита с содержанием углерода 0,17-0,25% (фиг. 7).

После проведения поверхностной закалки ТВЧ проводят низкий отпуск при температуре 180-250°С для снятия остаточных напряжений.

Индивидуальность каждой отдельной рабочей поверхности, имеющая место в силу наличия довольно больших величин допусков на размеры, учитывается с помощью САУ и предварительного сканирования каждой поверхности перед индукционным нагревом для построения траектории движения индуктора.

Для различных вариантов стали 20ГЛ в пределах марочного состава по ГОСТ 22703 «Детали литые сцепных и автосцепных устройств железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия» проведены компьютерные расчеты с учетом скорости нагрева металла и исходного состояния металла перед закалкой ТВЧ после объемной закалки с отпуском. Диапазон температур индукционного нагрева на глубине h=3 мм составляет 880-910°С и обусловлен обеспечением гомогенного аустенита. Температура индукционного нагрева на поверхности детали составляет от 910 до 1150°С. Верхнее значение температуры 1150°С обусловлено тем, что выше данной температуры происходит чрезмерный рост аустенитного зерна - свыше среднего условного диаметра 55 мкм (соответствует номеру 5 по ГОСТ 5639 «Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна»). Скорость перемещения индуктора составляет 1,5-3 мм/с. Расстояние между индуктором и рабочей поверхностью детали составляет от 1 до 3 мм. Данные диапазоны скорости перемещения индуктора и расстояния между индуктором и рабочей поверхностью детали выбраны таким образом, чтобы обеспечить указанные выше диапазоны температур индукционного нагрева детали на рабочей поверхности и на глубине h не более 3 мм.

1. Способ создания твёрдого поверхностного слоя на детали автосцепки грузового вагона, включающий индукционный нагрев поверхности детали и охлаждение нагретой поверхности подачей воды, отличающийся тем, что индукционный нагрев осуществляют при помощи индуктора непрерывно-последовательным методом в зоне рабочей поверхности детали автосцепки, исключая кромку рабочей поверхности, предварительно сканируют рабочую поверхность детали для построения траектории перемещения индуктора в пределах зоны индукционного нагрева, индуктор перемещают над рабочей поверхностью детали посредством автоматического управления в пределах зоны индукционного нагрева, а охлаждение осуществляют в процессе перемещения индуктора путём подачи воды на нагретую поверхность через отверстия, выполненные в корпусе индуктора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве индуктора используют медную трубку квадратного сечения с ферритовым магнитопроводом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что индуктор перемещают на постоянном расстоянии от рабочей поверхности детали, составляющем 1 - 3 мм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ширина кромки рабочей поверхности детали составляет 5 - 10 мм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отверстия в корпусе индуктора выполнены под углом к нижней части индуктора с обеспечением наклонного направления подачи воды на нагретую поверхность, совпадающего с направлением перемещения индуктора.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочей поверхностью детали для индукционного нагрева с целью создания твёрдого поверхностного слоя является тяговая поверхность большого зуба корпуса автосцепки.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочей поверхностью детали для индукционного нагрева с целью создания твёрдого поверхностного слоя является тяговая поверхность малого зуба корпуса автосцепки.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к обработке колеса железнодорожного транспорта. Проводят упрочнение поверхности упомянутого колеса путем сканирования с оплавлением при плотности мощности дуги 104-105 Вт/см2 электродом с непрерывно-последовательным проплавлением по ходу сканирования канала тороидальной формы с локальным объемом V=1,0-150 мм3 с обеспечением отношения единичной площади теплоотвода к объему расплавленного металла, ограниченного этой площадью, в пределах 0,4-4, при этом время упомянутого высокотемпературного воздействия на локальный объем составляет в τ=0,02-0,4 с при отношении шага сканирования к толщине электрода в пределах 0,7-1,2.

Изобретение относится к установке лазерной обработки для измельчения магнитных доменов текстурированного листа электротехнической стали путем настройки лазерного пучка, фокусируемого на текстурированный лист электротехнической стали и сканируемого в направлении сканирования (варианты).

Изобретение относится к области индукционной термообработки деталей, имеющих по меньшей мере частично цилиндрическую часть и дисковую часть, диаметр которой больше диаметра цилиндрической части, причем центральные оси упомянутых частей совпадают.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термоциклической обработке (ТЦО) сталей перлитного класса, применяемых в нефтяной, газовой промышленности, вагоностроении и других отраслях машиностроения.

Изобретение относится к производству стальной полосы с отожженным цинковым покрытием. Способ включает стадии, согласно которым сталь подвергают цинкованию с последующим отжигом с получением покрытия на стали и оцинкованную отожженную сталь подвергают термообработке с предварительным легированием, проведенной перед горячей штамповкой при температуре в диапазоне от 850°F (454°C) до 950°F (510°C).

Изобретение относится к холоднокатаному и отожженному стальному листу. Для повышения предела прочности при растяжении и предела текучести и обеспечения подходящей пластичности, заготовку, содержащую, мас.%: 0,10≤C≤0,13, 2,4≤Mn≤2,8, 0,30≤Si≤0,55, 0,30≤Cr≤0,56, 0,020≤Ti≤0,0500,0020≤B≤0,0040, 0,005≤Al≤0,050, Mo≤0,010, Nb≤0,040, 0,002≤N≤0,008, S≤0,005, P≤0,020, остальное - железо и неизбежные примеси, нагревают, подвергают горячей прокатке для получения горячекатаного листа, охлаждают и подвергают лист холодной прокатке, отжигу, охлаждению до заданной температуры, выдержке и охлаждению до комнатной температуры, при этом полученный холоднокатаный отожженный стальной лист имеет микроструктуру, состоящую из, в долях поверхности, мартенсита и/или нижнего бейнита указанный мартенсит включает свежий мартенсит и/или самоотпущенный мартенсит, сумма процента доли поверхности мартенсита и нижнего бейнита составляет 60-95%, 4-35% бейнита с низким содержанием карбида, 0-5% феррита и менее 5% остаточного аустенита в виде островков.

Изобретение относится к области металлургии, в частности термической обработке сварных соединений рельсов. Для уменьшения износа рельсов в области сварного соединения и восстановления структуры и свойств в области сварных соединений способ включает первоначальный нагрев всего сечения рельса в области сварного соединения до температуры нагрева под закалку на длину, превышающую длину зоны термического влияния сварки и первоначальную закалку; затем производят повторный нагрев поверхностного слоя по меньшей мере головки рельса в зонах термического влияния первоначального нагрева до температуры нагрева под закалку, при этом длину участков повторного нагрева задают таким образом, чтобы исключить наложение зон термического влияния повторного нагрева на сварной шов, и далее производят повторную закалку.

Изобретение относится к металлургии, а именно к легированию железа азотом. Способ легирования расплава железа азотом включает получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления детали, имеющей бейнитную микроструктуру с минимальной прочностью на разрыв 800 МПа и используемой в автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области термической обработки спиральных пружин. Для повышения качества пружин устройство содержит пару конических роликов (20) с поперечным диаметром, увеличивающимся от передней части к задней, вращающиеся внутренние поверхности которых устанавливают параллельно друг другу, в то время, как центральные оси вращения - не параллельно друг другу, индукционную катушку (31) для нагрева спиральной пружины (10), конвейерную цепь (43), оснащенную штоком толкателя (41), установленным для перемещения спиральной пружины (10), а также привод (60) для передачи вращающей движущей силы паре конических роликов (20), при этом один из роликов выполнен из немагнитного металла (21), а другой - керамическим (22).

Группа изобретений относится к железнодорожному транспорту, в частности к сцепным устройствам. Сцепное устройство содержит корпус прямоугольной конструкции с наружными стенками.

Изобретение относится к автосцепкам железнодорожного транспортного средства. .

Изобретение относится к сцепкам железнодорожного транспорта с одинаковыми по типу сопрягаемыми частями и предназначено для замковых устройств сцепки, необходимых для автоматической стыковки вагонов.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к подвижным устройствам подвижного состава. .

Изобретение относится к сцепкам железнодорожного транспорта с одинаковыми по типу сопрягаемыми частями и предназначено для улавливающих центрирующих устройств сцепки, необходимых для автоматической стыковки вагонов при значительных отклонениях их осей сцепок в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Изобретение относится к сцепкам железнодорожного транспорта с одинаковыми по типу сопрягаемыми частями и предназначено для замковых устройств сцепки, необходимых для автоматической сцепки вагонов.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к автосцепкам подвижного состава магистральных железных дорог. .

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для межвагонного соединения поездов. .

Изобретение относится к сцепному устройству для моделей единиц железнодорожного подвижного состава. .

Изобретение относится к средствам транспортирования вагонеток с кирпичом, подвергающимся обжигу в промышленности строительных материалов. .

Изобретение относится к области термообработки металлов и может быть использовано для упрочнения деталей автосцепок железнодорожного транспорта. Способ термоупрочнения включает индукционный нагрев автосцепки и последующее ее охлаждение. Индукционный нагрев производят в зоне рабочей поверхности детали автосцепки, исключая ее кромку. Для построения траектории движения рабочую поверхность детали предварительно сканируют. Для управления перемещением индуктора над рабочей поверхностью детали применяют автоматическое управление. Нагретую поверхность охлаждают, подавая воду через отверстия в корпусе индуктора. Достигается повышение твердости наиболее подверженных износу рабочих поверхностей деталей автосцепок. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх