Слиток для изготовления железнодорожных колес Советский патент 1983 года по МПК B22D7/00 

(5) СЛИТОК ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ

1

Изобретение относится к технологии отливки слитков,в частности слитков для изготовления железнодорожных колес.

Для изготовления железнодорожных колес используются слитки с выпуклыми гранями и вогнутыми ребрами, выполненные в виде усеченного конуса. Шести-и семизаготовочные слитки отливают с отношением длины тела слитка к диаметру по вогнутым граням меньшего конуса, которые составляют соответственно ,5-+,6- и отношением диаметров меньшего и большего конусов соответственно по выпуклым и вогнутым ребрам в пределах 0,88-0,9 l.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является слиток с конфигурацией поперечного сечения, для которого -«- 0,895 и

i j53t2. ...

Этот слиток удовлетворяет требованиям, предъявляемым к колесному СЛИТКУ (заготовке).

КОЛЕС

Однако получения удовлетворительной макроструктуры и минимальных значений химической макро- и микронеоднородности указанная конструкция не обеспечивает. Так, зона внеосевой ликвации и максимальной химической неоднородности при использовании слитка с отношением L/D., равным ,53 после деформации колесной заготовки на прессах попадает в зону перехода от диска к ободу и в обод колеса, что является нежелательным с точки зрения обеспечения эксплуатационной надежности колеса.

Цель изобретения - повышение физико-механических свойств слитка.

Поставленная цель достигается тем, что в слитке для изготовления железнодорожных колес, содержащем прибыльную часть и тело, выполненное в виде усеченного конуса, расширенного кверху, с волнистой боковой, поверхностью в виде падин и выступов и с диаметром меньшего основания, равным 0,88-0,9

39

диаметра большего основания, высота тела слитка равна ,9.5,1 диаметра окружности меньшего основания по впадинам.

На фиг. 1 - изображен слиток, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Нижний предел интервала обусловлен необходимостью получения опредеденных значений по сужению зон максимальной химической неоднородности И внеосевой ликвации с целью ограничения их распространения после деформации в область перехода от диска к ободу и в обод колеса. Расширение интервала за счет увеличения отношения Ь/Ц, 7-5, 1 недает существенного снижения объема осевой и внеосевой ликвации, кроме того вызывает увёличенме. объема усадочной микропористости в зоне вторичной усадки.

I

Одним из необходимых условий повышения эксплуатационной надежности является повышение усталостной и динамической прочности, которые являются основными характер 1стиками конструктивной прочности колеса. Так, для ряда материалов получена довольно хорошая корреляция между пределом выносливости и произведением статического предела прочности на величину относительного сужения.

Уровень относительного сужения и его анизотропия являются наиболее чувствительной характеристикой степени дендритной химической неоднородности стали. Металлографическим показателем анизотропности в колесной стали является полосчатая волокнистая структура и ориентированное по этой полосчатости распределение неметаллическихвключений. Основанием определяющего значения дендритной ликвации в отношении анизотропии механических свойств (, рц) является тот факт, что преобладающее количество неметаллических включений само по себе является результатом дендритной ликвации О, N, S (за исключением экзогенных включений) .

В наибольшей степени волокнистость имеет место в диске колеса и в области переходов от диска к ободу и ступице, т.е. в элементах, подвергающихся в результате эксплуатации максимальным рабочим (статичес64

КИМ и динамическим), термическим и усталостным нагрузкам.

Анизотропия колесной стали по пластическим характеристикам в горячекатанном состоянии в зоне, приле гающей к ступице, составляет 60-70 абсолютной величины.

Задача снижения уровня химической неоднородности в колесном слитке и

осуществление мероприятий, направленных на интенсификацию процесса выравнивания химической неоднородности при нагреве колесной заготовки под деформирование, являются актуальной задачей.

При кристаллизации слитков в чугунных изложницах без принудительного ускоренного теплоотвода степень дендритной ликвации на расстоянии

150 мм от поверхности слитков приближается к постоянной максимальной величине. Исходя из сказанного, можно предположить, что с увеличением отношения уменьшается зона

максимальной химической неоднородности по радиусу слитка (заготовки) и, как будет показано ниже, вероятность распространения этой зоны после деформирования заготовки в область перехода от диска к ободу, и в обод колеса.

Для максимального снижения уровня дендритной химической неоднородности необходимо создать условия, предельно способствующие интенсивному протеканию диффузии при нагреве под деформирование. Скорость выравнивания химической неоднородности в осях и межосных участках обратно пропорциональна квадрату расстояния между участками с максимальной и минимальной концентрацией. Следовательно, эффективность процесса гомогенизации будет большей для мелкого слитка или для периферийных его слоев. Учитывая также, что диффузионные процессы во времени следуют квадратичной зависимости и падают в логарифмической зависимости от температуры, становится очевидным преимущество конструкции слитка с предлагаемым отношением вследствие более интенсивного выравнивания химической неоднородности в заготовке с увеличением указанного отношения при ее нагреве под деформирование.

В условиях Выксунского металлургического завода отлита опытная плавка с использованием изложниц двух конструкций, Были получены слитки с предлагаемым отношением длины тела слитка к диаметру его меньшего конуса по впадинам равным 5,069 и фактическим, используемым в настоящее время, равным ,59. Отношение диаметров 992 166 ственно по впадинам для слитков предлагаемой конструкции и используемых в настоящее время составляет 0,880,89. 8 табл. 1 приведены фактические

Сужение зоны внеосевой и осевой ликвации по диаметру на сравнительном слитке предлагаемой конструкции составляет соответственно 50 и ЦО мм. j Поскольку зона внеосевой и осевой ликвации характеризуется повышенным содержанием вредных примесей и газов, то ограничение ее распространения после деформации заготовки также бу- ,

Диаметр зоны осе вой ликвации, мм

Диаметр зоны внеосевой ликвации, мм

Высота колесной заготовки на участке наибольшего удаления от оси слитка осевой ликвации, мм

Высота колесной заготовки на участке наибольшего удаления от оси слитка внеосевой ликвации, мм

дет/способствовать улучшению макроструктуры диска и повышению эксплуатационной надежности колеса.

Параметры зон осевой и внеосевой ликвации в колесных заготовках в сравниваемых слитках предлагаемой и известной конструкции приведены в табл. 2.

Т аблица2

80

170

305

315

992116

IlZil

Объем зоны осевой ликвации, см

Объем зоны внеосевой ликвации, см Как видно из представленных данных, объем зоны осевой и внеосевой ликвации в предлагаемой конструкции слитка в 2,2 и в 1,7б меньше, чем в слитке известной конструкции. Исследование механических свойств в диске колес, прокатанных из заготовок, отобранных из сравнительных слитков показало, что относительное сужение в колесе из слитка предлагаемой конструкции на 5% выше, чем в сравнительном слитке. Уменьшение анизотропности по плас тическим характеристикам в колесе из слитка предлагаемой конструкции составляет 10. Экономическая эффективность от внедрения предлагаемой конструкции в условиях Выксунского металлургичес кого завода составляет тыс. руб. и выражается в снижении себестоимости вследствие уменьшения объема прибыли с 11,8 для 111 (без изменения картины распределения осевой усадочной пористости по высоте и радиусу слитка) и уменьшения отходов в струж ку при разделении слитков на слиткоразрезных станках (уменьшение исходного диаметра слитка при сохране

Продолжение табл. 2

1532

3330

7(

12570 нии окончательного диаметра, до кото рого производится надрезка слитка на слиткоразрезных станках) . Формула изобретения Слиток для изготовления железнодорожных колес, содержащий прибыльную часть и тело, выполненное в виде усеченного конуса, расширенного кверху, с волнистой боковой поверхностью в виде впадин и выступов и с диаметром меньшего основания, равным 0,88-0,9 диаметра большего основания, отличающийся тем, что, с целью повышения физико-механических свойств слитка, высота тела слитка равна ,,1 диаметра окружности меньшего основания по впадинам. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1. Сталь, 1965, № 7, с. 610-613. 2. Совершенствование технологии производства и повышение качества цельнокатаных железнодорожных колес, Отчет МТ 11-76; инв. № Б . ИЧМ, Днепропетровск, 1978, с. 180.