Спосіб термічного зміцнення бандажів залізничних коліс

Спосіб термічного зміцнення бандажів залізничних коліс, який включає нагрів бандажів до температури аустенітизації, витримку при цій температурі, прискорене охолодження бандажів на гартувальній машині та їх відпуск, який відрізняється тим, що бандажі нагрівають до температури аустенітизації 890-900°С протягом 2-2,5 годин, прискорене охолодження бандажів виконують на вертикальній гартувальній машині протягом 115125 с з витратою води 70-82 м3/годину, температурою охолоджуючої води 21-25°С з подачею води на поверхню кочення і бокові грані бандажів, додатково виконують підстуджування протягом 15-25 хвилин, а відпуск здійснюють при температурі 510530°С, протягом 2 годин 45 хвилин - 3 годин 15 хвилин. Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до виробництва транспортного металу, і може бути використаним для термічної обробки бандажів залізничних коліс. Відомий спосіб термічного зміцнення бандажів, за яким їх нагрівають стопами в печах до температури аустенітизації 860-880°С та витримують при цій температурі 4 години 15 хвилин - 4 години 45 хвилин з наступним охолодженням бандажів тривалістю 160 с стопою в баці з підігрітою до температури 40-50°С водою (Стародубов К.Ф. и др. Термическое упрочнение проката. - М.: Металлургия, 1970. - С. 156-158). Бандажі піддають відпуску стопами при температурі 490-510°С протягом 4-5 годин. В результаті термозміцнення отримують границю міцності і твердість зовнішніх (робочих) шарів металу бандажів - відповідно не вище 1270 Н/мм2 та 290 НВ. Недоліком способу є те, що він не дозволяє отримати достатню для експлуатації в сучасних умовах твердість металу зовнішньої поверхні бан дажа і не забезпечує пластичність та в'язкість металу його внутрішньої поверхні. Найбільш близьким за технічною суттю та ефектом, що досягається, є спосіб термічного зміцнення бандажів залізничних коліс на горизонтальній гартувальній машині (Стародубов К.Ф. и др. Термическое упрочнение проката. - М.: Металлургия, 1970. - С. 156-158), - коли бандаж обертається в горизонтальній площині в баці з водою. Недоліком відомого способу є те, що в результаті об'ємного прискореного охолодження, яке забезпечує досягнення високої твердості і міцності зовнішньої поверхні бандажа (поверхні кочення), неможливо одночасно отримувати достатню для технологічної насадки на центри пластичність і в'язкість металу на внутрішній поверхні бандажа, що призводить до розтріскування внутрішньої поверхні під час насаджування бандажа на колісний центр. Задачею способу термічного зміцнення бандажів залізничних коліс є одночасне одержання при високій твердості зовнішньої поверхні (повер (19) UA (11) 94362 (13) (21) a201007047 (22) 07.06.2010 (24) 26.04.2011 (46) 26.04.2011, Бюл.№ 8, 2011 р. (72) БАБАЧЕНКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, УЗЛОВ ІВАН ГЕРАСИМОВИЧ, УЗЛОВ КОСТЯНТИН ІВАНОВИЧ, КОНОНЕНКО ГАННА АНДРІЇВНА, КУЗЬМИЧОВ В'ЯЧЕСЛАВ МИХАЙЛОВИЧ, ХУЛІН АРТЕМ МИКОЛАЙОВИЧ, БЕСЕДНОВ СЕРГІЙ ВІКТОРОВИЧ, СУХОВ ОЛЕКСІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, КАМИШНИЙ АНДРІЙ ЄВГЕНОВИЧ, МАЙСТРЕНКО КАТЕРИНА МИКОЛАЇВНА, НОВОХАТНІЙ ВОЛОДИМИР АКІМОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ЧОРНОЇ МЕТАЛУРГІЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA, 67568, A, 15.06.2004 UA, 91788, C2, пріор. 13.04.2009 SU, 555150, 25.04.1977 SU, 836156, 07.06.1981 C2 1 3 хні кочення) бандажів, високої пластичності і в'язкості металу внутрішньої поверхні бандажів за рахунок різної швидкості охолодження зовнішньої та внутрішньої поверхонь, що забезпечує технологічність насадки на центри. Задача вирішується тим, що в способі термічного зміцнення бандажів залізничних коліс, який включає нагрів бандажів до температури аустенітизації, витримку при цій температурі, прискорене охолодження бандажів на вертикальній гартувальній машині та їх відпуск, при цьому бандажі нагрівають до температури аустенітизації 890-900°С протягом 2-2,5 годин, прискорене охолодження бандажів на вертикальній гартувальній машині протягом 115-125 с з витратою води 70-82 м3/годину, температурою охолоджуючої води 2125°С з подачею води на поверхню кочення і бокові грані бандажів, підстуджування протягом 15-25 хвилин, відпуск при температурі 510-530°С, протягом 2 годин 45 хвилин - 3 годин 15 хвилин. В результаті використання винаходу бандажі одночасно мають високу твердість зовнішньої поверхні (поверхні кочення), що забезпечує високу зносостійкість виробів і достатню пластичність і в'язкість внутрішньої поверхні, що забезпечує технологічність насадки на центри. Нагрівання бандажів до температури аустенітизації 890-910 °С та витримка при цій температурі забезпечує максимальну гомогенізацію аустенітного стану в металі по всьому перерізу бандажа в той же час не призводить доросту аустенітного зерна завдяки присутності мікролегуючих добавок. В результаті метал має однорідний структурний стан як поверхневих, так і внутрішніх зон бандажа зі збереженням дрібнозернистої структури. Охолодження бандажів від температури 890910°С на вертикальній гартувальній машині з витратою води 70-82 м3/годину, температурою охолоджуючої води 21-25°С протягом 115-125 с забезпечує високі швидкості та більший ступінь переохолодження в зоні аустенітно-перлітного перетворення, що приводить до формування в бандажах структури дрібнодисперсного пластинчастого перліту, що, разом з дрібним аустенітним зерном, забезпечить не тільки підвищення міцності та твердості, а також збереження необхідного рівня показників пластичності та ударної в'язкості. Тривалість охолодження (115-125 с) при прискореному охолодженні бандажів на вертикальній гартувальній машині, встановлена емпіричним шляхом з урахуванням того, що при зниженні тривалості охолодження нижче вказаної мінімальної межі не забезпечується одержання необхідної твердості металу на поверхні кочення на рівні 325340 НВ, а перевищення даних параметрів призводить до збільшення тривалості наступного відпуску. Усе це негативно позначається на формуванні структурного стану металу, який забезпечує оптимальні показники міцності, твердості, пластичності та ударної в'язкості. Гартування бандажів на вертикальній гартувальній машині з подачею охолоджуючої рідини зі сторони поверхні кочення та бокових граней забезпечує меншу швидкість охолодження внутрішньої поверхні бандажа і забезпечує одержання на 94362 4 внутрішній поверхні бандажа меншої, ніж на зовнішній поверхні (поверхні кочення), твердості і більшої пластичності металу. Після охолодження бандажі підстуджують на спокійному повітрі протягом 15-25 хвилин, збирають у стопи по 6 штук, і проводять відпуск при температурі 510-530°С, протягом 2 годин 45 хвилин 3 годин 15 хвилин. Після відпуску стопи бандажів охолоджують на спокійному повітрі. Здійснення відпуску бандажів в таких умовах забезпечує максимальне зниження рівня залишкових напружень і при цьому не приводить до зміни морфології перліту в металі бандажів. Таким чином при використанні запропонованого способу термічного зміцнення бандажів залізничних коліс досягається одночасне одержання високої твердості зовнішньої поверхні (поверхні кочення) бандажів та необхідної пластичності і в'язкості металу внутрішньої поверхні бандажів, що забезпечує технологічність насадки на центри. Спосіб термічного зміцнення залізничних бандажів пояснюється кресленням. На кресленні представлено вертикальну гартувальну машину, використовувану для охолодження бандажів. Бандаж залізничного колеса (1) встановлюють на вертикальну гартувальну машину. Обертання бандажа забезпечується шляхом обертання привідних роликів (2) машини. Вода подається на поверхню кочення та на 2/3 висоти бокових граней бандажа через спреєри (3). Реалізація запропонованого способу термічного зміцнення бандажів залізничних коліс була здійснена в умовах колесопрокатного цеху ВАТ "ІНТЕРПАЙП НТЗ" м. Дніпропетровська. Бандажі залізничних коліс для локомотивів розміром 1060x140х98 мм (діаметр, висота, товщина відповідно) з плавки №21757 (С=0,68 мас.%, Мn=0,77 мас.%, Si=0,34 мас.%, V=0,10 мас.%, Р=0,014 мас.%, S=0,10 мас.% Технічні умови ТУ У 35.2 - 23365425 - 628:2008), нагрівали в кільцевій печі, розкладаючи бандажі на підставки, до температури аустенітизації 890-900°С. Тривалість нагрівання та витримка при вказаній температурі складала 2 години 15 хвилин. Далі бандаж подавали на вертикальну гартувальну машину, починали обертати ролики і подавали воду. Охолодження бандажів від температури 890-900°С на вертикальній гартувальній машині проводили протягом 8595 с, 115-125 с і 195-205 с з витратою води 70-82 м3/годину, температурою охолоджуючої води 2125°С. Після закінчення охолодження бандажі збирали в стопи на підлозі в цеху, підстуджуючи їх протягом 15-25 хвилин. Далі їх стопою передавали на відпуск, який здійснювався в електроколодязях при температурі 510-530°С і тривав 3 години. Після закінчення процесу термічного зміцнення готові бандажі були піддані випробуванням з метою оцінки рівня механічних властивостей металу. Результати експериментальних досліджень наведені в таблиці. З таблиці видно, що при тривалості охолодження менше 85-95 с твердість під поверхнею кочення відповідає вимогам ТУ У 35.2-23365425628:2008 (табл.), але знаходиться на крайній межі, а при тривалості охолодження більше ніж 195-205 5 94362 с твердість внутрішньої поверхні значно перевищує 290 НВ - твердість, яка забезпечує технологічність насадки бандажів на колісні центри. Механічні властивості при тривалості охолодження 115125 с повністю відповідають вимогам ТУ У 35.223365425-628:2008. Як свідчать результати, наведені в таблиці, запропонований спосіб термічного зміцнення бандажів залізничних коліс у порівнянні з відомими забезпечує підвищення рівня твердості та границі міцності з одночасним збереженням необхідного рівня пластичних властивостей та ударної в'язкос 6 ті в бандажі, що підвищує експлуатаційну довговічність та надійність цього виробу (твердість на глибині 20 мм 328 НВ; відносне подовження 12,0%; відносне звуження 31,0%; ударна в'язкість 2 KCU 37 Дж/см ). При цьому дослідження твердості на глибині 10 мм від поверхні кочення та внутрішньої грані показали, що середнє значення цієї величини дорівнює відповідно 341 НВ та 285 НВ, тобто на внутрішній грані на 16% нижче. Різниця в твердості була забезпечена завдяки подачі охолоджуючої рідини лише на поверхню кочення і бокові грані бандажа. Таблиця Механічні властивості високоміцних бандажів за ТУ У 35.2-23365425-628:2008 після термозміцнення на ВГМ у порівнянні з вимогами нормативного документа Тривалість σв, кг/мм гартування, с 1 195-205 121 2 85-95 112 3 115-125 116 Вимоги ТУ У 35.223365425-628:2008 110 Режим Комп’ютерна верстка А. Рябко δ5, % Ψ, % 11,0 13 12 28 32 31 8,0 12,0 KCU+20°С, кг*с/см 1 2 3 2,6 3,6 2,9 1,8 2,3 3,0 4,3 4,4 2,4 Не менше 2,0 Підписне ср. 3,0 2,4 3,7 НВ20мм НВвнутр 352 302 328 337 265 285 300 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601