СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ С ИЗДЕЛИЕМ ИЗ ВЫСОКОМАРГАНЦОВИСТОЙ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ Российский патент 1999 года по МПК B23K9/00 B23K11/20 B23P6/00 

Изобретение относится к выполнению соединений двух изделий из стали различного химического состава методом сварки, преимущественно рельса, выполненного из высокоуглеродистой стали, и железнодорожной крестовины.

Крестовина железнодорожного пути выполняется из дорогостоящей высокомарганцовистой аустенитной стали. Масса ее 600 - 900 кг, крепится крестовина к рельсу болтогаечным соединением. Однако при выходе из строя крестовины по причине износа и выкрашивания острия или усовой части, вес которых не превышает нескольких килограммов, все изделие изымается из путей и устанавливается новое. Такое соединение рельса и крестовины пути имеет низкий коэффициент полезного использования дорогой высокомарганцовистой аустенитной стали при эксплуатации, что снижает срок службы всего соединения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ соединения изделий из высокомарганцовистой аустенитной стали с изделием из высокоуглеродистой стали (рельса с крестовиной пути), включающий использование промежуточной прокладки и последовательную сварку ее с каждым изделием из вышеназванных сталей, кроме того, после сварки изделия из высокомарганцовистой аустенитной стали с прокладкой прилегающий к шву металл изделия подвергают ускоренному охлаждению, а после сварки прокладки с изделием из высокоуглеродистой стали прилегающий к сварному шву металл этого изделия медленно охлаждают. В этом случае решается задача повышения коэффициента полезного использования аустенитной высокомарганцовистой стали, так как крестовина может изготавливаться значительно меньших размеров. Однако использование промежуточной прокладки из аустенитной нержавеющей стали способствует образованию хрупкой мартенситной структуры в зоне термического влияния, что снижает надежность соединения в условиях деформации. Для предотвращения образования мартенсита в рельсовой высокоуглеродистой стали прокладка из нержавеющей стали выполнена удлиненной, однако из-за плохой наклепываемости промежуточная прокладка быстро изнашивается, сто снижает надежность всего соединения.

Задачей изобретения является разработка способа соединения изделий из высокоуглеродистой стали, например рельса, с изделием из высокомарганцовистой аустенитной стали, например крестовина железнодорожного пути, который предотвращает охрупчивание металла в условиях термического влияния и увеличение эксплуатационной стойкости соединения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе соединения изделия из высокоуглеродистой стали с изделием из высокомарганцовистой аустенитной стали, например рельса с крестовиной пути, включающем последовательную сварку каждого изделия с промежуточной прокладкой и соответственно медленное охлаждение прилегающего к сварному шву металла из высокоуглеродистой стали и ускоренное охлаждение прилегающего к сварному шву металла из высокомарганцовистой аустенитной стали, согласно изобретению после проведения вышеупомянутых операций все сварное соединение подвергают холодной деформации, а материалом прокладки служит высокомарганцовистая аустенитная сталь, легированная никелем.

Технический результат заключается в том, что при сваривании (наплавки) изделия из высокоуглеродистой стали с изделием из высокомарганцовистой аустенитной стали предлагаемым способом исключается как выпадение карбидов в зоне шва со стороны высокомарганцовистой аустенитной стали (крестовина), так и образование мартенситной структуры в зоне металла шва со стороны высокоуглеродистой стали в процессе сварки и эксплуатации.

Выполнение прокладки из высокомарганцовистой аустенитной стали, легированной никелем, устраняет хрупкость соединения в связи с тем, что проведение медленного охлаждения предотвращает мартенситное превращение в высокоуглеродистой стали и способствует образованию трооститно-сорбитной структуры, а быстрое охлаждение металла шва и прилегающего металла из высокомарганцовистой аустенитной стали исключает выпадение карбидов. Никель в металле прокладки в зоне сварки расширяет зону стабильного аустенита, что также устраняет охрупчивание металла в зонах сварки.

В процессе холодной деформации высокомарганцовистая аустенитная сталь, легированная никелем, упрочняется, что предотвращает неравномерный износ прокладки с рельсом и увеличивает эксплуатационную надежность всего соединения.

Пример.

В литейном цехе "ЗСМК" для опробывания способа соединения была отлита прокладка для сварки следующего хим. состава, мас.%:
Углерод - 1,10
Марганец - 16,20
Кремний - 0,60
Никель - 4,0
Железо и примеси - Остальное
Экспериментальный образец (80 х 80) изготовили из стали Гадфильда следующего хим. состава, мас.%:
Углерод - 1,20
Марганец - 13,50
Кремний - 0,45
Железо и примеси - Остальное
Рельс изготовлен из высокоуглеродистой стали.

Методом сварки соединили один конец прокладки (40 х 40) с рельсом и металл, прилегающий к сварному шву, подвергали медленному охлаждению. Образец (80 х 80) из стали Гадфильда приварили к другому концу прокладки встык к рельсу и с помощью сжатого азота подвергли быстрому охлаждению металл из стали Гадфильда, прилегающий к сварному шву.

Все сварное соединение подвергали холодной деформации с помощью пневмомолота.

Структурный анализ сварных швов и металла в зонах сварки показал отсутствие в них мартенсита и карбидов.

Способ промышленно применим в транспортном машиностроении.

Использование: в транспортном машиностроении, горном машиностроении. Способ соединения изделия из высокоуглеродистой стали с изделием из высокомарганцовистой аустенитной стали включает последовательную сварку каждого изделия с промежуточной прокладкой, изготовленной из высокомарганцовистой аустенитной стали, легированной никелем, причем после соединения изделия из высокоуглеродистой стали с промежуточной прокладкой прилегающий к сварному шву металл подвергают медленному охлаждению, а после соединения изделия из высокомарганцовистой аустенитной стали с промежуточной прокладкой прилегающий к сварному шву металл подвергают ускоренному охлаждению, а все сварное соединение упрочняют холодной деформацией. Способ позволит увеличить эксплуатационную стойкость соединения за счет предотвращения охрупчивания металла в условиях термического влияния.

Способ соединения изделий из высокоуглеродистой стали с изделием из высокомарганцовистой аустенитной стали, например рельса с крестовиной пути, включающий последовательную сварку каждого изделия с промежуточной прокладкой из аустенитной стали, соответственно медленное охлаждение прилегающего к сварному шву металла из высокоуглеродистой стали и ускоренное охлаждение прилегающего к сварному шву металла из высокомарганцовистой аустенитной стали, отличающийся тем, что для промежуточной прокладки используют высокомарганцовистую легированную никелем сталь, а после соединения ее с изделиями осуществляют холодную деформацию всего сварного соединения.