Способ термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес Советский патент 1984 года по МПК C21D9/34 

о сх

СП СП

v| 1 Изобретение относится к термичес кой обработке металлов, в частности к термической обработке железнодорожных колес. Цельнокатаное колесо работает в. сложных условиях, которые определяются высокими напряжениями в контакте колесо-рельс, нагрузками при знакопеременном нагружении диска, воздействием ударов о стьжи и т,д. Поэтому для надежной работоспособности колеса в эксплуатации необходимо получить в нем наиболее благоприятную систему остаточных напряжений, а цементит в структуре материала обода и диска должен иметь пластинчатое строение, что обеспечит высокую конструктивную прочность, Известен способ термической обработки моноблочньк железнодорожных колес из стсши, содержащей 0,54 0,62% С и 0,4-0,8% Мп, которьй включает нагрев до 830-850°С, охлаждение 180 с обода водой при давлении 2-5 атм () и обдув воздухом (1-3 атм) диска и ступицы (125 /мин отпуск при 450-500 0 в течение 1-3 ч С1 . Недостатком этого способа является несоответствующая требованиям конструктивная прочность колес. Это обусловлено тем, что охлаждение раз личных по массе элементов колеса (обода, диска, ступицы) начинают одновременно, что не обеспечивает должной эксплуатационной надежности колес из-за высокого уровня и неблагоприятной системы остаточных напряжений. Одновременное охлажде,ние обода и диска с указанными скоростями приводит к образованию в, ободе сжимающих напряжений недостаточно высокого уровня или даже растягивающих напряжений. Кроме этого, охлаждение обода и диска со ступицей с разной скоростью создает значительный градиент напряжений в местах перехода диска в обод и ступицу. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ тегр мической обработки цельнокатаных железнодорожных колес, включающий нагрев до температуры аустенитиэации, независимое охлаждение обода и диска и отпуск. При этом охлажде7ние диска осуществляют одновременно с охлаждением мест перехода в обод и ступицу, начинают его по достижении в ободе среднемассовой температуры 480-520 С и производят со скоростью выше критической Г2. Однако это приводит к получению структ фы диска, состоящей из феррита и глобулярного цементита и, следовательно, низким значениям долговечности и вязкости разрушения ввиду большой скорости распространения трещины при нагружении, что также оказывает отрицательное воздействие на конструктивную прочность. Для обеспечения конструктивной прочности (надежности) изделий, необходимо получить более высокие значения отношения характерно для стали со структурой сорбита закалки и свидетельствует о ее большей способности к перераспределению напряжений и меньшей чу зствительности к концентрации напряжений по сравнению со структурой сорбита отпуска, Целью изобретения является повышение конструктивной прочности путем получения дисперсных структур с пластинчатым строением карбидной фазы и снижения остаточных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки цельнокатаных железнодорожных колес, включающему нагрев до температуры аустенизации, независимое о слаждение обода и диска и отпуск, охлаждение обода ведут до среднемассовой температуры 400-450°С, осуществляют выдержку в течение 1530 ч, после чего охлаждение диска проводят одновременно со ступицей воздухом со скоростью ниже критической. Термическая обработка колес по предлагаемому способу приводит при превращении к получению мелкодисперсных пластин Fe, С и, как следствие, к повышению коэффициента надежности Сэд/ё- и вязкости разрушения. Более низкая среднемассовая температура в предлагаемом способе (400-450®С) по сравнению с извест- . ым (480-520 С) позволяет получать ысокопрочные колеса для грузового ранспорта путем низкотемпературного х отпуска.

Сущность способа заключается в следующем.

Колесо нагревают до температуры аустенизации, помещают в охлаждающее устройство, в котором осуществ.ляют упрочнение его обода водой из спрейерных устройств. При этом температура обода снижается в поверхностных слоях до 200-350°С (среднемассовая температура 400-450 С), а температура диска и ступицы составляет соответственно 660-700 и 710-770 с. После вьщержки колеса в течение 15-30 с подвергают охлаждению воздухом диск и ступицу со СКОростью 1,0-2,5/с до завершения превращения. Затем колесо помещают в печь с температурой 480530 С, где производится отпуск в течение 2,5-3,0 ч. Выдержка колеса по достижению в ободе среднемассово температуры 400-450 0 в течение 1530 с обеспечивает при последующем охлаждении диска и ступицы ниже Ар благоприятную систему остаточных напряжений. В этот период температура по сечению обода от 200-350 0 на поверхности и 670-700 0 у перехода в диск выравнивается до температуры 430-490°С. Некоторое повышение температуры по сравнению со сренемассовой температурой после закалки обода происходит за счет тепла диска и ступицы.

Действующий в настоящее время стандарт 10791-81 предъяляет к цельноконтактным железнодорожным колесам высокие требования и предусматрвает прочность 6g 93-113 кг/мм при содержании углерода 0,53-0,67%. Среднемассовая температура обода 400 С соответствует стали с содержанием 0,53% углерода, а - содежанию углерода 0,67%. Выдержка в течение 15-30 с обеспечивает снижение разности температур по сечению обода, стабилизацию его размеров и исключает условия для образования напряжений растяжения значительной величины. Выдержка 15 с соответствует стали с 0,67% углерода, а выдержка 30 с необходима для стали с содержанием углерода 0,53%.

П р и м е р. Проводилась термическая обработка цельнокатаных колес, изготовленных из стали с содержанием углрода 0,64%, по предлагаемому и известному способу. Данные приведены в таблице.

Время нагрева колес до 820-840°С 1,5 ч. Колеса отпущены при 500 С в течение 2,5 ч.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает надежность цельнокатаных колес в эксплуатации и снижение остаточных напряжений у перехода обода в диск колеса.

Ожидаемый годовой экономический эффект при объеме производства 100 тыс. штук колес в год составляет 89 тыс. руб.

СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС, включающий на -рев до температуры аустенизации, независимое охлаждение обода и диска и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повьппения конструктивной прочности путем получения дисперсных структур с пластинчатым строением карбидной фазы и снижения остаточных напряжений, охлаждение обода ведут до среднемассовой температуры 400-450с, осуществляют вьщержку в течение 15-30 с, после чего охлаждение диска проводят одновреQ менно со ступицей воздухом со скоростью ниже критической. (Л