Способ термической обработки железнодорожных колес Советский патент 1986 года по МПК C21D9/34 

«

Изобретение относится к термообработке цельнокатаннъпс железнодорожных колес.

Цель изобретения - повышение усталостной прочности колес..

Предлагаемая термическая обработка железнодорожных цельнокатаных колес обеспечивает изменение остаточных напряжений в элементах колеса таким образом, что в местах перехода диска в обод с внутренней стороны колеса и диска в ступицу с наружной стороны они меняют знак на обратный и становятся сжимаюш ими в противоположность растягивающим при известных способах термообработки, т.е. они становятся наиболее благоприятными для эксплуатации изделия в условиях циклического нагружения. А это влечет за собой существенное .повышение усталостной прочности колес как элемента их эксплуатационной стойкости и надежности.

На фиг. . представлены эпютеры остаточных напряжений в диске колеса с внутренней стороны после термичес- кой обработки по существующим способам и, в частности, по известному способу; на фиг. 2 - то же, с наружной стороны; на фиг. 3 - эпюры остаточных напряжений в диске колеса с внутренней стороны после термической обработки по предлагаемому способу; на фиг. 4 - то же, с наружной сторозш.

Сплошной линией изображены радиальные напряжения, и пунктирной тангенциальные. Позицией 1 обозначены напряжения в местах перехода диска в обод (внутренняя сторона колеса) ,, и позицией 2 - в местах перехода диска в ступицу (наружная сторона ).

Под термообработку колесо нагревают до температуры аустенизации, ведут прерывистое охлаждение обода, охлаждают колесо до комнатной температуры или несколько вьппе (например, до 100 с). Затем осуществляют локальный нагрев только поверхности обода до,достижения на глубине 3-5 мм температуры 460-500°С с обеспечением в местах перехода miCKa в обод (или, наоборот, что одно и то же - обода в диск) 250-300 С, с последующим охлаждением на воздухе.

Температура нагрева обода 460- объясняется следутащз-1м.

35942

- верхний предел нагрева, при котором не происходит структур- изменений в металле, приводящих к существенному разупрочнению стали.

5 - технологический интервал с учетом погрешностей измерения температуры.

Температура 300°С в месте перехода обода в диск гарантирует прог10 рев обода, обеспечивающий пластическое деформирование колеса, необходимое дп:я изменения системы остаточных напряжений.

Температура 250°С обеспечивает

5 технологический интервал с учетом погрешностей измерелия температуры.

Обеспечить требуемый перепад температур с 460-500°С на поверхности обода до 250-300 С в местах перехо20 да обода в диск можно путем циклического нагрева этой поверхности, например, индукционным методом. При этом колесо вращают в индукторе и за ка7кдый цикл температуру поверх25 ностн обода по1зьш ают на 90-100 С с выдержкой между циклами в течение 45-60 с. Время цикла составляет 55-70 с. Заданный перепад темпера- Tvp достигаете) за 6-8 циклов.

30 Нагрев на 90-100 С за один цикл ограничен за тем, чтобы в зоне нагреваемой поверхности предотвратить пласт:яческие де(1юрмации.

В результате перавномерного наг-, рева происходит упругопластическое дефор1 гнрование колеса и вследствие этого - изменение cнcтe я l остаточ- ньгх напряжений.

После термической обработки по

jQ известному способу остаточное напряженное состояние колеса характеризуется тем, что диск как целое находится в растянутом состоянии. После предлагаемой тепловой обработки

45 диск переходит в сячатое состояние, вследствие этого и меняется знак рстаточиьш напряжений в переходах диска в обод и ступицу.

В зависимости от содержания угле- 50 рода колесной стали допустим нагрев колес до 450-500 С с выдержкой 2,0- 2,5 ч.

Пример. Опробование способа вели в условиях цеха опытных уста- 55 новок отдела металловедения и термообработки стали института черной металлургии. Дпя этого использованы серийно изготовленные цельнокатаные

3

колеса диаметром 950 мм. Состав стали колес, X: углерод 0,58; марганец 0,78%; кремний 0,39%.

Колеса нагревают до 850 С, осуществляют прерывистое упрочнение обо да вращающегося в устройстве колеса из спрейеров в течение 130 с- при давлении охлаждающей воды 2 атм. Среднемассовая температура обода после охлаждения составляет . Часть колес после этого подвергается подстуживанию на воздухе 40 мин, от- пуска при 500°С с последующим их охлаждением до 180 С со скоростью 15-20 /ч.

Вторую часть колес после упрочнения обода охлаждают на воздухе, помещают в индуктор и нагревают циклически обод. Период цикла 1 мин, из них нагрев на 10 с, вьщерж- ка 50 с. За каждый последующий цикл с учетом охлаждения в период выдержки температура поднималась на .

Длительность выдержки после калс- дого нагрева оставалась одинаковой.

В результате через 7 циклов температура изделия на глубине 5 мь1 от поверхности катания составила 470- 49.0 С, а в местах перехода обода в

ПредлагаемыйИзвест1й1й

+20 -60

35942 4

диск 270-290°С. После этого колеса охлаждают-на воздухе.

Для определения уровня и харак- тер.а остаточных напряжений в колесах 5 используют разрущающий метод с механической вырезкой темплетов, оборудованных дв хкомпонентными розетками тензодатчиков 2ПКБ с базой 10 мм. Замер, деформаций тензодатчиков оп-.

О ределяют цифровым тензометрическим мостом ЦТМ-5 с обработкой результатов измерений на ЭВМ.

Характер остаточных напряжений приведен на фиг. 1-4 и в таблице.

5 Таким образом, технический эффект изобретения по сравнению .с известным способом заключается в коренном изменении эпюры остаточных напряжений в критических сечениях диска

20 (места перехода в обод и ступицу) что влечет за собой повьшение усталостной прочности колеса, а также в сокращеню времени термического упрочнения колес: ликвидируются

25 35-45-ти минутное подстуживание колес и примерно 12-ти часовое регулируемое охлаждение после отпуска. В качестве базового объекта взят известньй способ.

-220 + 150

+30 -ПО

-т-т О 700 гоо

(р1/г.2

пнм

350

т

6,МПа

200

т

6,мпа

-т-100 о 100 200 фиг.з

Редактор Т, Коссей

Составитель А. Кулемин Техред В. Кадар

Заказ 3063/25

Тираж 552Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, , Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

-200 100 о 100 200 фив.4

Корректор М. Максимишинец