Способ термической обработки железнодорожных колес Советский патент 1987 года по МПК C21D9/34 

Изобретение относится к металлур-j гии, а именно к термической обработке железнодорожных колес.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности колес при отрицательной температуре путем обеспечения остаточного напряженного состояния, препятствующего распространению усталостных трещин.

Способ включает аустенитизацию колеса, подслуживание диска до тем- ператзфы Af. - (50-70)° С, нагрев его до АС + (10-30)°С, прерывистое охлаждение обода и отпуск колеса.

Предлагаемый способ использован для термической обработки железнодорожных колес диаметром 950 мм из стали с содержанием углерода 0,58%.

Колеса нагревали в электропечи с температурой 850 С 1,5 ч, диски ко лес прерывисто подстуживали из спейе ров в охлаждающем устройстве 15-20 с до 655-660 С интенсивность подачи во

ды 0,05

м м с

После подстуживания днека колеса помещали в ту же печь и нагревали 12-20 мин. При этом температура диска достигала 750-755 С. Затем ободья колес прерывисто охлаждали (по

известному способу). J

Предлагаемый способ обеспечивает

высокие прочностные, пластические и вязкие свойства материала диска кратковременным спрейерньгм подстуживани- ем диска водой ниже Ар для формирования перлитной структуры с последующим отогревом в межкритический интервал температур А А, и охлаждением на воздухе. Такой режим термической обработки приводит к формированию в диске структур, состоящих из мелкозернистого перлита и равномерно распределенного феррита и обеспечиваю- щих высокую ударную вязкость матери

температурах. В способе-прототипе высокая прочность, пластичность и вязкость материала диска достигаются другим путем - интенсивным охлаждением диска со скоростью выше критической с формированием структур мартенсита и промежуточного типа, которые после отпуска приводят к образованию структу-55 выходящими за граничные условия, коры, состоящей из ферритной матрицы с короткими пластинками карбидной фазы. Таким образом, оба способа, предлагаемый и прототип, обеспечивают высокую

леса 7-8 - по способу-прототипу.

Данные табл. 2 показывают, что колеса 1 и 2 имеют высокий комплекс свойств материала диска и благопри

J5

0

5 0,15

г 0 5

0

обеспечивающей скорость

эксплуатационную надежность диска при отрицательных температурах. Для высокой эксплуатационной надежности всего колеса необходима высокая стойкость обода к распространению термических трещин,,которая в значительной степени повышается при наличии в . нем сжимающих остаточных напряжений и снижается при растягивающих напряжениях. Предлагаемый способ обеспечивает формирование в ободе сжимающих напряжений, способ-прототип приводит к образованию в нем растягивающих напряжений .

Для сравнения проводили термообработку по известному способу: колеса после нагрева в печи до температуры 850 С помещали в охлаждающее устройство, прерывисто охлаждали обод и через 110 ч после начала охлаждения обода охлаждали диск и переходы его в обод и ступицу в течение 70 с при интенсивности подачи охладителя

мз м с охлаждения выше критической.

Все колеса подвергались отпуску в течение 2 ч при 500 С.

Остаточное напряженное состояние колес оценивали по следующей методике: на расстоянии 40 мм от поверхности катания на наружной стороне обода наносили две точки на расстоянии 100 мм. Колесо разрезали по радиусу между этими точками и измеряли изменение расстояния между точками.

Также проведена обработка колес по режимам, выходящим за граничные условия.

В табл. 1 приведены параметры дополнительной термической обработки колес.

В табл. 2 представлены механические свойства материала дисков колес, результаты контроля остаточных напряжений и данные тензометрирования остаточных напряжений.

Колеса 1 и 2 термически обрабатывались по предлагаемому способу с оптимальными значениями параметров колеса 3-6 с значениями параметров.

леса 7-8 - по способу-прототипу.

Данные табл. 2 показывают, что колеса 1 и 2 имеют высокий комплекс свойств материала диска и благопри312

ятные остаточные напряжения в ободе, обеспечивающие их высохую эксплуатационную надежность. У колес 3-6 ударная вязкость материала диска значительно ниже, особенно при отрицатель ных температурах. Снижение ударной вязкости материала диска колес 3 и 4 связано с тем, что охлаждение диска до 680 и 685 С т.е. выше, чем Af - (50-70) С, недостаточно для фазового превращения аустенита перед дополнительным нагревом в межкритическую область температур. Снижение ударной вязкости материала диска у колес 5 и 6 объясняется тем, что при

дополнительном нагреве диски нагревались вьше АС, +(10-30)°С, а именно 785 и 790°С, что исключило превращения в межкритической области и, следовательно, образование структуры мелкозернистого перлита и равномерно распределенного феррита, обеспечивающей высокую ударную вязкость материала диска, в том числе при от рицательных температурах.

Колеса 7 и В имеют неблагоприятные остаточные напряжения на поверх20 20 15 15 20 20

ности катания, а следовательно, и невысокую эксплуатационную надежность.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить эксплуатационную надежность колес при пониженных температурах и вместе с тем формирование благоприятной системы остаточных напряжений.

Формула изобретения

Способ термической обработки железнодорожных колес, включающий нагрев до температуры аустенитизации,независимое прерывистое охлаждение обода со скоростью выше критической и отпуск, отличающийся тем, что, с целью повьшения эксплуатационной надежности при отрицательных температурах, перед охлаждением обода проводят подстуживание диска до температуры Ар - (50-70) С, затем осуществляют нагрев колеса до достижения температуры диска равной А,- + (10-30)° С.

Таблица 1

655 660 680 685 655 665

755 750 740 745 790 785

Составитель В.Русаненко Редактор Н.Горват Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Заказ 7685/26 Тираж 550Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Таблица 2

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к термической обработке железнодорожных колес. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности колес при отрицательной температуре. Способ включает аустенитизацию колеса, под- стукивание диска до температуры - (50-70) С, нагрев его до AJ., + (10-30) С, прерывистое охлаждение обода и диска и отпуск колеса. Применение способа позволяет получить высокий комплекс механических свойств (Gg 820 МПа, У 45%, н-4о с МДж/м ) и благоприятные остаточные напряжения на поверхности катания (-100 МПа), что обеспечивает высокую эксплуатационную надежность колес. 2 табл. i (Л