СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОРПУСА АВТОСЦЕПКИ Российский патент 1996 года по МПК C21D1/78 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к изготовлению и восстановлению стальных несущих деталей автосцепного устройства вагонов.

Известен способ изготовления стальных несущих деталей по а.с. N1693088 (бюллетень N43, 1991 г.), включающий предварительную термическую обработку, статическое упругопластическое нагружение по эксплуатационной схеме до заданной деформации, выдержку при максимальной нагрузке и одновременно упрочнение опорной поверхности путем ее нагрева до температуры закалки с последующим охлаждением одновременно с разгрузкой и самоотпуском. Он позволяет повысить сопротивление динамическим нагрузкам стальных деталей, работающих в условиях циклического нагружения по схеме поперечного изгиба, однако не применим для несущих деталей автосцепного устройства, работающих при действии продольных нагрузок.

Известен также способ восстановления деталей автосцепного устройства подвижного состава (Инструкция по ремонту и обслуживанию автосцепного устройства подвижного состава железных дорог. ЦВ /4006. М. Транспорт, 1982), который принят за прототип. Он предусматривает правку корпуса автосцепки путем нагрева хвостовой части с последующим пластическим деформированием по схеме поперечного изгиба до ремонтных размеров. Однако этот способ не предусматривает повышение долговечности, поскольку не изменяет механических свойств стали и не устраняет имеющиеся технологические и эксплуатационные дефекты.

Целью разработанного технического решения является повышение качества деталей и долговечности в эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что несущие детали автосцепного устройства (корпуса автосцепки и поглощающего аппарата) при изготовлении и восстановлении подвергают правке по схеме поперечного изгиба до чертежных размеров, после чего в нагретом до температуры выше состоянии осаживают в продольном направлении нагрузкой, составляющей 0,1.0,4 от нагрузки предела текучести детали в холодном состоянии, а затем одновременно с разгрузкой производят ускоренное охлаждение поверхности до температуры ниже 700 К. При этом ускоренное охлаждение поверхности до заданной температуры осуществляют ее обдувом водовоздушной смесью, после чего деталь полностью разгружают с дальнейшим самоотпуском. Для достижения необходимого градиента температур в поперечном сечении детали ускоренное охлаждение поверхности производят водовоздушной смесью при содержании в ней (0,5.3,5) об. воды и расходе (0,1.0,4) м³/м²•c.

Существенность признаков, отличающих разработанное техническое решение от прототипа, заключается в следующем. Правка деталей (холодная или горячая) по схеме поперечного изгиба должна производиться до осадки во избежание искажения геометрии в случае внецентреннего нагружения. Поскольку после правки деталь осаживают в продольном направлении при температуре выше , при которой низко- и среднеуглеродистая сталь находится в пластичном состоянии, то в местах расположения технологических и эксплуатационных дефектов возникают прочные металлические связи и сваривание несплошностей металла. Это позволяет расширить браковочные критерии по геометрии и дефектности деталей, допускаемых к правке, исключая только детали с бракуемыми размерами трещин.

Для повышения прочности металлических связей в местах расположения дефектов минимальная нагрузка должна быть не ниже нагрузки предела текучести при температуре осадки. По результатам исследования механических свойств малоуглеродистой стали при различных температурах нагрева с использованием дилатомера фирмы "Лейтц" и безынерционной печи с программным устройством установлено, что предел прочности при температуре (около 1150 К) cоставляет приблизительно 0,1 от предела текучести при комнатной температуре. По этим же данным целесообразно установить верхнюю границу для нагрузки осадки равной 0,4 от нагрузки предела текучести в холодном состоянии, так как при этой величине пластическая деформация протекает во всем температурном интервале выше температуры фазового превращения перлита в аустенит . Это позволяет в случае неравномерного нагрева детали осуществить пластическую деформацию во всех ее сечениях. Превышение нагрузки сверх 0,4 от нагрузки предела текучести в холодном состоянии может вызвать излишнюю деформацию детали в узких сечениях (например, хвостовой части корпуса автосцепки).

Охлаждение детали целесообразно проводить в нагруженном состоянии, по крайней мере до температуры 700 К, что сопровождается существенным повышением упругих свойств малоуглеродистой стали, а ниже этой температуры предел упругости стали незначительно отличается от его величины при комнатной температуре. Для повышения производительности процесса изготовления и увеличения прочностных свойств детали целесообразно в интервале температур от до 700 К проводить ускоренное охлаждение поверхности. С этой же целью, а также для устранения коробления детали полезно осуществлять ускоренное охлаждение одновременно с разгрузкой в продольном направлении. Благодаря температурному градиенту, возникающему к моменту прекращения ускоренного охлаждения, в поверхностном слое детали формируются продольно ориентированные сжимающие остаточные напряжения. Если ускоренное охлаждение осуществлять обдувом поверхности водовоздушной смесью, то величина остаточных сжимающих напряжений составляет 80 155 МПа. Оптимальный режим ускоренного охлаждения обеспечивается обдувом водовоздушной смесью при содержании в ней (0,5.3,5) об. воды и расходе (0,1.0,4) м³/м²•c. Ниже температуры 700 К охлаждение можно проводить на воздухе в разгруженном состоянии, с тем чтобы осуществлялся самоотпуск подстуженной поверхности детали.

На литых балочках двутаврового сечения из стали 20Л с преобладающей толщиной стенок 10 мм, высотой 80 мм, шириной полки 60 мм и длиной 500 мм определяли при предлагаемом режиме охлаждения величину остаточных сжимающих напряжений и предел ограниченной выносливости при усталостных испытаниях с постоянным коэффициентом асимметрии 0,29 на базе 10⁷ циклов. Варианты режимов охлаждения и соответствующие им результаты приведены в таблице. Для сравнения с предложенным техническим решением принимается вариант 1 (прототип), реализуемый при нормализации деталей.

Результаты усталостных испытаний показывают, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ изготовления (варианты 2, 3, 4, 7, 8) обеспечивает повышение предела выносливости, как минимум, в 1,4 раза. Аналогичные с прототипом результаты получены для варианта 6 с пониженным расходом водовоздушной смеси. У деталей по вариантам 5 и 9 получены высокие значения сопротивления усталости, однако они забракованы из-за термического коробления при ускоренном охлаждении.

Корпус автосцепок из стали 20ФТЛ изготавливают по заявленному техническому решению следующим образом. Деталь, подлежащую правке, подвергают на прессе статическому нагружению по схеме поперечного изгиба до придания ей требуемой геометрии относительно продольной оси. При этом правку можно осуществлять как холодным, так и горячим способом (по прототипу). Затем деталь в нагретом выше температуры cостоянии устанавливают в захватах пресса с обеспечением при нагружении условий для преимущественно продольной пластической деформации и нагружают статическим усилием, составляющим 0,1.0,4 от нагрузки предела текучести. При достижении допускаемой продольной деформации производят разгрузку детали с ускоренным охлаждением поверхности водовоздушной смесью до температуры ниже 700 К, а затем осуществляют самоотпуск детали в разгруженном состоянии за счет теплосодержания неостывшей части.

Натурные усталостные испытания изготовленных по разработанному техническому решению корпусов автосцепки показали, что оно позволяет повысить предел выносливости более, чем на 25% и долговечность до 6 раз.

Применение предлагаемого способа в промышленном производстве и при ремонте несущих деталей автосцепного устройства вагона позволит повысить безопасность движения, снизить отбраковку деталей и обеспечит экономию металла.

Источники информации
1. А.с.СССР N1693088. Попов С.И. Двухглавов В.А. и др. Опубл. в БИ N43, 1991.

2. Инструкция по ремонту и обслуживанию автосцепного устройства подвижного состава железных дорог. ЦВ/4006. M. Транспорт, 1982.

Использование: изобретение относится к области металлургии, конкретно - к изготовлению и восстановлению стальных несущих деталей автосцепного устройства вагонов. Техническим результатом является повышение качества деталей и долговечности в эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что деталь после правки по схеме поперечного изгиба подвергают в нагретом до температуры выше
состоянии осадке в продольном направлении нагрузкой, составляющей 0,1 - 0,4 от нагрузки предела текучести детали в холодном состоянии, а затем одновременно с разгрузкой производят ускоренное охлаждение поверхности до температуры ниже 700 К. При этом ускоренное охлаждение поверхности осуществляют ее обдувом водовоздушной смесью, после чего деталь полностью разгружают с дальнейшим самоотпуском. Обдув водовоздушной смесью осуществляют при содержании в ней 0,5 - 3,5 об.% воды и расходе 0,1 - 0,4/м³/м²с. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ восстановления корпуса автосцепки, включающий правку, отличающийся тем, что правку проводят изгибом в поперечном сечении, после чего деталь нагревают до температуры выше Ас₃, при которой проводят деформацию осадкой в продольном направлении с приложением к детали нагрузки, составляющей 0,1 0,4 от нагрузки предела текучести детали в холодном состоянии, затем осуществляют разгрузку и ускоренное охлаждение поверхности до температуры ниже 700^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ускоренное охлаждение поверхности осуществляют водовоздушной смесью, а затем проводят самоотпуск. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что охлаждение проводят водовоздушной смесью при содержании в ней 0,5 3,5 об. воды и расходе 0,1 - 0,4 м³/м² • с.