Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес Советский патент 1989 года по МПК C21D9/34 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к колесопрокатному производству, и может быть использовано в цехах по изготовлению железнодорожных колес.

Цель изобретения - повышение усталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижении трудоемкости отделочных операций.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

В колесопрокатном цехе слитки из стали с содержанием 0,58% С, 0,78%Мп, 0,39% Si разрезали на заготовки весом 478 кг для изготовления цельнокатаных железнодорожных колес диаметром

050 мм. После нагрева заготовок осуществляли их осадку на прессе усилием 2000 т. Затем заготовку осаживали в кольце и осуществляли разгонку металла центральной части пуансоном на прессе усилием 5000 т. Подготовленную таким способом заготовку подвергали формовке на прессе усилием 10 000 т. В процессе формовки получали окончательные размеры ступицы и части диска. Прокатку производили в колесопрокатном стане с горизонтальным расположением колеса. После калибровали обод и выгибали диск на прессе усилием 3500 т, колеса подвергали противофпокенной обработке путем

;о

э

1Й

N0

31497

изотермической выдержки в конвейерных печах при 650 С. После механической .обработки обода в целом и ступицы с наружной стороны колеса испытывали в цехе опытных установок. Колеса нагревали в электропечи до температзфы 850°С в течение 1,5 ч, осуществляли прерывистое охлаждение обода в зак- лючной машине из спрейеров в течение 130 с при давлении воды 5 атм.

В дальнейшем колеса обрабатывали по следуюпщм вариантам: часть колес подвергали отпуску при 500°С в течение 1jO ч. Непосредственно после от- пуска средню й часть диска колес ок- лазкдали сжатым воздухом при удельном расходе 0,2 (при нормальных условиях) в течение 420, 450, 510 и 540 с до достижения температуры 230, 220, 200 и 90°С. (соответственно варианты 1, 2, 3 и 4). При достижении указанных температур места перехода диска в обод с наружной и в ступицу с внутренней сторон подвер- гали пневмодробеструйной обработке в течение 90 с, дробью диаметром 2-2,5 мм.и давлений воздуха 0,4 МПа. В дальнейшем колеса охлаждали до температуры цеха, после чего все че- тыре варианта подвергались дальнейше пневмодробеструйной обработке мест перехода диска в обод с внутренней и в ступицу с наружной сторон в течение 90 с, дробью диаметром 2-2,5 мк и давлении сжатого воздуха, МПа: для варианта 1 и 2 - 0,4, для варианта Зи4-0,6, для варианта 5 - 0,3 для варианта 6 - 0,7, для варианта

7 - ПО.

Одно колесо подвергали пневмодробеструйной обработке (время 90 с), давление воздуха 0,4 МПа, место перехода диска в обод с наружной и в ступицу с внутренней сторон сразу после отпуска, В дальнейшем обработку вели согласно варианту 3 (вариант 8).

Два колеса непосредственно после отпуска подвергали охлаждению средне части диска в течение 510 с до дос- тижения температуры 200°С. В дальнейшем колеса охлаждались до температуры цеха (вариант 9) и одно колесо подвергалось одновременно пнев- модробеструйной обработке по всем местам перехода диска в обод и ступицу с наружной и внутренней сторон (вариант 10).

0 5 О

0

5

Q с

Одно колесо обработали по варианту .11 (известный способ) , Для чего после отпуска и охлаждения колеса до температуры цеха подвергали холодной пластической деформации с обеих сторон диск и места его перехода в обод и ступицу путем накатки поверхности шариком диаметром 18 мм на станке модели КС 274 с усилием 800 кг и величиной подачи 0,3 мм/об,

Дл я определения уровня и характера остаточных напряжений в колесах использовали разрушающий метод с механической вырезкой темплетов, оборудованных двух компонентными розетками тензодатчиков 2 ПКБ с базой 10 мм. Замер деформаций тензодатчиков определяли цифровым тензометрическим мостом ЦТМ-5,

Оц;енку остаточных напряжений в ободе производили по методике международного стандарта UIC812-3 путем радиальной разрезки колеса и измерения исходного расстояния мм между фиксированными точками на ободе по обеим сторонам реза. Стандарт требует уменьшения этого расстояния на величину не менее 1 мм.

Глубину наклепа определяли на вырезанных темплетах рентгеновским методом на установке ДРОН-ЗМ.

Результаты измерений приведены в таблице.

Также в таблице приведены данные после обработки по известному способу (прокатка, термическое упрочнение обода, отпуск колеса, холодная пластическая деформация переходов диска в обод и ступицу с глубиной проникновения 10-30% его минимальной толщи- ны).

Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес (варианты 2 и 3) обеспечивает повышение усталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижение отделочных операций за счет создания в приободной части диска повышенного уровня сжимающих остаточных напряжений, при одновременном сокращении глубины проникновения деформации, а также снижение дополнительной операции по удалению вкатанной окалины.

Выход параметра этапа подстужива- ния за предлагаемый интервал подсту- живание средней части диска до 230°С

Б 14

не об1 ст ечпвает формирсшание сжпмаю- nilHX напряжениГг в приободной части Диска с наружной стороны (вариант 1) Подстуживание средней части диска до обеспечивает образование в приободной части диска с наружной стороны сжимающие остаточные напряжения, но приводит к уменьшению величины и доли сжимающих напряжений в ободе ниже допустимых пределов, о чем свидетельствует оденка остаточных напряжений в ободе ,9 (вариант 4).

Понижение глубины проникновения за предлагаемый интервал глубина проникновения деформадии 5% минимальной толщины диска приводит к незначительному приросту уровня остаточных сжимающих напряжений в приободной части диска с внутренней стороны- (вариант 5). Увеличение глубины проникновения деформации до 9 и 12% (соответственно варианты 6 и 7) не приводят к ощутимому приросту остаточных сжимающих напряжений в приободной части диска с внутренней стороны и дальнейшее повьпиение глубины проникновения деформадии становится неделесооб разным Б связи с неоправданными затратами, так как время, затрачиваемое на обработку колеса, с учетом установки и кантовки на стенке КС 274 в среднем равно 12-14 мин. При производительности колесопрокатного стана 2000 колес в сутки потребуется 14-16 дорогостоящих станков.

Изменение последовательности этапов пневмодробеструйной обработки мест перехода диска в обод с наружной и в ступиду с внутренней сторон до операции подстз живания сразу после отпуска (вариант 8) и проведение этой обработки после остывания колеса (вариант 10) приводит к формированию в этих зонах небольших сжимающих напряжений.

Обработка колес по известному способу (вариант 9) приводит к формированию в приободной части диска с внутренней стороны сжимающих остаточных напряжений, однако она форми- рует растягивающие остаточные напря- .жения в приободной части диска с на- ружной и приступичной с внутренней стороны, что отрицательно сказывается на усталостную прочность колеса.

Обработка колес по известному способу (вариант 11) приводит к формированию остаточных сжимающих нап7242

0

5

0

5

0

ряжений по обеим стстромпм колеса.

Однако в нпиболей опасном месте перехода диска в обод с внутренней

стороны уровень остаточных сжимающих напряжений ниже, чем уровень предлагаемого способа. Кроме того, обработка по известному способу требует дополнительной отделочной операции для удаления в некоторых местах диска вкатанной окалины, что приводит к удорожанию такого технологического процесса.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления дельнокатаных железнодорожных колес обеспечивает по- выщение усталостной прочности за счет создания в приободной части диска с внутренней и приступичной с наружной сторон повышенного по сравнению с известным уровня остаточных Сжимающих напряжений при одновременном упрощении процесса, заключающегося в снижении глубины проникновения деформадии с 10-30% до 6-8% минимальной толщины диска колеса. Технический эффект данного способа заключается в снижении отделочной операции по удалению в некоторых местах вкатанной окалины.

Формула изобретения

Способ изготовления цельнокатаных

35 железнодорожных колёс, включающий прокатку, термическое упрочнение обод а с последующим отпуском всего колеса и холодную пластическую деформацию его элементов в зонах пере-

40 хода диска в обод и ступицу, отличающийся тем, что, с целью по ыщенйя усталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижении трудоемкости от45 делочных операций, после окончания вьщержки при температуре отпуска осуществляют Подстуживание средней части диска до 200-220 С и проводят при этой температуре поверхностно50 пластическую деформацию мест перехода диска в обод с наружной и в ступицу с внутренней сторон, охлаждают колесо до комнатной температуры, а холодной пластической деформации

5g подвергают места перехода диска в обод с внутренней, и в ступицу с наружной сторон, дробью с глубиной проникновения в пределах 6-8% мини- мальной толщины диска.

Составитепь В.Русаненко Редактор М.Нпдо.пуженко Техред М.Ходанич Корректор В.Гирняк

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления и термообработки железнодорожных колес. Цель изобретения - повышение усталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижении трудоемкости отделочных операций. Способ включает прокатку, термическое упрочнение обода, отпуск колеса, подстуживание до 200-220°С, пластическую деформацию мест перехода диска в обод и ступицу, охлаждение и холодную деформацию мест перехода диска в обод с внутренней, а в ступицу - с наружной сторон, с глубиной проникновения 6-8% минимальной толщины диска. Использование способа позволяет повысить усталостную прочность, упростить процесс изготовления колес. 1 табл.

Заказ 4408/30

Тираж 530

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Подписное