Спосіб термічної обробки вагонних коліс

Реферат: Винахід належить до галузі чорної металургії. Спосіб термічної обробки вагонних коліс включає нагрів колеса до температури аустенітизації, термічне зміцнення обода, підстужування кожного з елементів колеса водою до температури на 150-100 °C нижче температури відпуску і відпуск, при цьому підстужують кожний елемент колеса окремим спреєрним пристроєм, в якому регулюють витрату води. Технічним результатом заявленого винаходу є виключення можливості появи в металі коліс залишкових розтягуючих напруг та зменшення кількості пилу у повітрі і рівня шуму на термічній ділянці цеху. UA 106798 C2 (12) UA 106798 C2 UA 106798 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі чорної металургії, зокрема до термічної обробки сталі, і може бути використаний при виготовленні суцільнокатаних залізничних коліс. Відомий спосіб термічної обробки суцільнокатаних вагонних коліс [1. ГОСТ 10791 "Колёса цельнокатаные". Технические условия. 2. Бибик Г.А., Иоффе A.M., Праздников А.В., Староселецкий М.И. Производство железнодорожных колёс, М, Металлургия, 1982, с. 168-170], в якому для забезпечення потрібного комплексу властивостей колеса піддають термічній обробці шляхом зміцнювання і відпуску. Підстужування перед відпуском виконують у спеціальному пристрої шляхом обдування повітрям. При цьому в результаті градієнта температур, що виникає при охолодженні різних за масою елементів колеса (маточини, обода, диска) з різною швидкістю, утворюються несприятливі залишкові розтягуючі напруги, які, складаючись з напругами експлуатації, можуть призвести до раптового руйнування колеса. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є відомий спосіб термічної обробки суцільнокатаних коліс [3. А.С. 1339148, СССР, МПК C21D9/34, опубл. 23.09.87], що включає нагрівання виробу до температури аустенітизації, охолодження і відпуск. Колесо нагрівають до температури аустенітизації, обід охолоджують водою. Маточина і диск після закінчення охолодження мають зависоку для відпуску температуру, тому перед відпуском необхідне подальше підстужування, яке виконують шляхом примусового обдування повітрям (за допомогою вентилятора). Робота вентилятора здійснює постійний неприємний шум, а також підіймає пил у повітря на термічній ділянці. При реалізації цього способу, охолодження елементів колеса відбувається з різною швидкістю, в металі колеса виникає градієнт температур, а це призводить до утворення залишкових розтягуючих напруг, які знижують надійність колеса в експлуатації, ведуть до зародження і росту втомних тріщин, що може призвести до раптового руйнування колеса. Задача запропонованого способу термічної обробки коліс полягає в підвищенні надійності коліс в експлуатації. Технічним результатом використання винаходу є виключення можливості появи в металі коліс залишкових розтягуючих напруг, за рахунок відсутності градієнта температур поміж елементами колеса при його охолодженні перед відпуском, а також поліпшення умов праці робітників на термічній ділянці цеху шляхом зменшення кількості пилу у повітрі і рівня шуму. Задача винаходу вирішується тим, що під час термічної обробки коліс здійснюють нагрів колеса до температури аустенітизації, термічне зміцнення обода, підстужування колеса і відпуск, причому підстужування кожного елемента колеса здійснюють водою до температури на 150-100 °C нижче температури відпуску, а кожний елемент колеса підстужують окремим спреєрним пристроєм, в якому регулюють витрату води. Суть способу полягає в тому, що після нагріву колеса до температури аустенітизації і термічного зміцнення обода, подальше підстужування елементів колеса (маточини, обода і диска) перед відпуском ведуть роздільно до досягнення поверхнею елементів температури на 150-100 °C нижче температури відпуску. Інтенсивність охолодження елементів регулюють, змінюючи витрати води, що подається спреєрними пристроями, що дозволяє завантажувати колеса в піч для відпуску з однаковою температурою всіх елементів: обода, диска, маточини. Такі умови підстужування виключають можливість утворення залишкових розтягуючих напружень, особливо у ободі і диску, що дуже негативно впливає на міцність колеса. Після підстужування колеса подають у піч для нагрівання та відпуску. Підстужування коліс більше ніж на 150 °C нижче за температуру відпуску недоцільне, тому що це збільшує тривалість технологічного процесу і витрати енергії на наступне нагрівання для відпуску. Підстужування елементів колеса до температур менше ніж на 100 °C нижче температури відпуску призведе до неповноцінного відпуску. Спосіб термічної обробки коліс здійснювали при виготовленні суцільнокатаних залізничних коліс у колесопрокатному цеху заводу ВАТ "Інтерпайп НТЗ". Після виплавки сталі зливки зі сталеливарного були надані до колесопрокатного цеху. Їх розрізали на заготовки згідно з призначенням майбутніх коліс. Заготовки нагріли до температури 1200-1250 °C і передали на колесопрокатну лінію. Виготовлені колеса, згідно з технологічною інструкцією, охолоджували на спокійному повітрі і обточували на станках до необхідних за сортаментом геометричних розмірів. Потім колеса були передані на дільницю термічної обробки, де здійснювали їх нагрів в печі до температури аустенітизації. Після чого проводили термічне зміцнення обода з допомогою спреєра при температурі води 23-28 °C. По закінченні зміцнення колеса складали у стопи по 6 штук і розміщували для підстужування в спеціальному пристрої, який має окремі спреєри, для роздільного охолодження водою маточини, диска і обода. 1 UA 106798 C2 5 10 Швидкість охолодження металу різних елементів колеса регулювали змінюючи витрату води. Особливу увагу приділяли температурі маточини, яка під час термічного зміцнення не охолоджувалась, та має достатню масу і тому охолоджується повільніше. Роздільне охолодження припиняли при досягненні поверхнею елементів колеса температури на 150…100 °C нижче температури відпуску. Контроль температури здійснювали за допомогою пірометра. Після підстужування, колеса подавали в піч для відпуску (підігрівали і витримували продовж двох годин при температурі 500 °C). Потім колеса охолоджували на спокійному повітрі. При охолодженні стоп коліс на спокійному повітрі від температури відпуску до температури оточуючого повітря, шкідливі розтягуючі напруження не виникають, завдяки тому, що температура відпуску значно нижча, ніж температура нагріву під термічне зміцнення. Залишкові напруги контролювали шляхом розрізання обода колеса і вимірювання сходження (розходження) кінців обода. Результати контролю наведені в таблиці. Таблиця Спосіб обробки 1. Охолодження на спокійному повітрі 2. Охолодження обдуванням (вентилятор) 3. Охолодження водою (розділене) - на 200° С нижче від t° відпуску; - на 150° С нижче від t° відпуску; - на 100° С нижче від t° відпуску; - на 50° С нижче від t° відпуску; № колеса 1 2 3 4 5 6 Сходження/розходження, мм Розходження на 1,0 мм Сходження на 1,0 мм Сходження на 2,5 мм Сходження на 2,0 мм Сходження на 1,5 мм Сходження на 0,8 мм 15 20 25 Наведені в таблиці результати свідчать, що при охолодженні коліс на спокійному повітрі в ободі колеса виникають залишкові розтягуючі напруги (колесо № 1). В інших випадках (колеса № 2 - № 6) в ободі присутні стискаючі напруги. Інші варіанти обробки (колеса № 3, № 4, № 5 № 6) гарантовано забезпечують отримання в ободі стискаючих напруг, що підвищують експлуатаційну надійність колеса. В колесі № 3 рівень стискаючої напруги завеликий, що не бажано, а в колесі № 6 - на межі можливого, що теж не бажано. Таким чином, задачу винаходу виконано: запропонований спосіб термічної обробки коліс надає можливість отримувати в ободі напруги стискання, які підвищують здатність матеріалу опиратися зародженню і зростанню втомних тріщин. Крім того, при підстужуванні колеса перед відпуском за допомогою води, що подається крізь спреєр, не утворюється пил та, на відміну від підстужування повітрям, що подається вентилятором, значно поліпшуються умови праці персоналу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Спосіб термічної обробки вагонних коліс, що включає нагрів колеса до температури аустенітизації, термічне зміцнення обода, підстужування колеса і відпуск, який відрізняється тим, що підстужування кожного елемента колеса здійснюють водою до температури на 150100 °C нижче температури відпуску, при цьому підстужують кожний елемент колеса окремим спреєрним пристроєм, в якому регулюють витрату води. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2