CN101835912A - 用于铁路轮对的局部硬化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提高铁路轮对的使用寿命或者行驶性能。所述的技术效果由此达到，即在用于提高所述铁路轮对的使用寿命或者行驶性能的所述方法中，在所述铁轮轮对中每个车轮构造成带有工作面或者滚动面的圆柱形工作部分和在半径过渡部上与所述圆柱形工作部分相连接的轮缘的形式，借助于在旋转的接触滚轮上通电来进行所述轮对或者车轮的金属硬化，所述接触滚轮在压力下被压紧在待处理的所述表面上，其中以一个或者多个带的形式进行所述表面的加热和硬化。本发明的特征在于，在两个环形部分或者环形区域中进行用于硬化的加热，其中所述第一部分的边界从半径过渡部的位于所述滚动面的开端的连接线上开始并且能够在滚动面的整个宽度上延伸。所述第一环形部分最好在所述滚动面的宽度中的约30mm的线段上延伸。所述第二部分的边界从所述半径过渡部与紧邻的所述轮缘面的连接线开始并且在所述轮缘表面的宽度中最好延伸至35mm。以一个或者多个环形带的形式进行在每个所述部分中的局部加热，其中加热温度超过相变温度AC₃约60至280℃。如果沿着多个带完成加热，那么每个带的热作用的所述部分之间的距离从所述加热区域的每侧开始最好为至少约2至4mm。在加热时所述轮对的转动速度最好为约3.5至15转每小时。

Description

用于铁路轮对的局部硬化的方法

技术领域

本发明涉及铁路车辆的运行领域以及尤其是一种用于铁路轮对或者其它钢轮的局部硬化的方法。

背景技术

在轨道车辆运行时发生了轮对与轨道工作面的复杂的和强烈的相互作用。

由于运行因素的多重复杂性，在轮对与轨道的最大接触应力的区域中增加了金属磨损，这导致轮对的过早淘汰。根据运行条件，金属磨损首先出现在突出轮缘表面上以及在滚动面上。

与关于轮对的运行安全性的要求相应的是，在对于货运列车和客运列车的车轮轮缘的磨损超过24和28mm时需要维修。总共允许最多四次维修，之后轮对将不能用并且要清除掉。维修工作的实施基本上导致轨道车辆的停运并且需要大的经济费用和耗费时间。

由上面的陈述得出的结论是，铁路轮对的行驶性能或者使用寿命的提高为极其迫切的任务。

由RU 2153008已知一种用于铁路轮对的局部硬化的方法，该方法提出借助于经由可移动的电极的电流传导将车轮的工作面加热，该电极在压力下压紧在待处理的平面上，并且通过该电极的辅助在车轮的工作面上形成带形的热处理的位置。

所述方法的缺点如下：

1.不可能获得具有相同特征的硬化区域的轮副，因为硬化区域的热处理技术没有给出。在金属过热明显超过Ac₃点的情况下(在钢加热的过程中点Ac₃确定了珠光体结构转变成奥氏体结构的温度。所述温度取决于钢的化学组成并且在727和911℃之间波动。为了硬化将钢制零件加热至超过点Ac₃ 20至40℃的温度。)，结构转变的局部区域变大，这导致零件中的高残余应力。此外，轮对能够具有高硬度并且同时具有低塑性，这能够导致硬化位置在运行过程中的脆性破裂。在加热不足且低于点Ac₃的情况下没有达到零件的期望硬度并且因此没有达到预计的效果。

2.没有考虑轮对的工作面和轨道的工作面之间的硬度关系。轮对的硬度的明显超出能够导致轨道的工作面的强烈的过早磨损。这种情况与大的材料损失相关联。

3.未提出局部热作用的位置及其参数，所述参数确定了处理区域的特性并且因此确定了车轮的使用寿命。

此外，由RU 2153007已知一种用于铁路轮对的局部硬化的方法，其中每个车轮构造成圆柱形工作面和轮缘的形式，该轮缘在半径过渡部上与圆柱形工作面相连接，包括借助于在滚动的接触滚轮上通电而产生的金属硬化，该接触滚轮压紧在待处理的表面上，其中所述表面以带的形式硬化。

所述方法的缺点如下：

1.在以硬化的标准温度局部加热(其它的温度未给出)的情况下，大量的热量传导到轮对主体中。因此，在设在电极下的待加热的金属主体中发生珠光体结构到奥氏体结构的相变，所述奥氏体结构随后没有充分过渡到马氏体，这导致局部强度的微不足道的提高。冷却技术同样没有给出，然而获得的确定硬度水平的结构类型取决于冷却技术。

2.在所述方法中没有给出具体的位置，在该位置上进行用于提高轮对的行驶性能的局部热处理。还能够发生，硬化的金属带位于半径过渡部上，即从滚动区域上的轮缘开始，在那里应力在运行期间是最大的。或者所述区域经受650至750℃的软化范围内的温度的作用。在两种情况中均显著降低了轮对的可靠性和使用寿命或者行驶性能。

因此，使用上述方法不能够保证以较高和较稳定的质量制造铁路轮对，不能够保证使用寿命或者行驶性能的提高。

发明内容

因此，本发明的目的是提高铁路轮对的使用寿命或者行驶性能。

所述目的通过根据权利要求1所述的方法实现。

提出的目的由此达到，即在用于提高铁路轮对的使用寿命或者行驶性能的方法中，其中每个车轮构造成带有工作面或者滚动面的圆柱形工作部分和在半径过渡部上与圆柱形工作部分相连接的轮缘的形式，借助于在旋转的接触滚轮上通电来进行所述轮对或者车轮的金属硬化，所述接触滚轮在压力下被压紧在待处理的表面上，其中以一个或者多个带的形式进行所述表面的加热和硬化。本发明的特征在于，在两个环形部分或者环形区域中进行用于硬化的加热，其中第一部分的边界从半径过渡部的位于滚动面的开端的连接线上开始，并且能够在滚动面的整个宽度上延伸。第一环形部分最好在滚动面的宽度中的约30mm的线段上延伸。第二部分的边界从半径过渡部与紧邻的轮缘面的连接线开始并且在轮缘表面的宽度中最好延伸至35mm。以一个或者多个环形带的形式进行在每个所述的部分中的局部加热，其中加热温度超过相变温度AC₃约60至280℃。如果沿着多个带进行加热，那么每个带的热作用的所述部分之间的距离从所述加热区域的每侧开始最好为至少约2至4mm。在加热时轮对的转动速度最好为约3.5至15转每小时。

加热带能够构造成不同构造的连续的(无中断的)或者不连续的环形部分。

附图说明

图1示意性的示出轮对的铁路车轮与铁路轨道相互作用的详细视图。

具体实施形式

过早磨损的区域(轮对与轨道的最大接触应力区域)的分析显示，所述区域在轮对中位于两个环形部分上。在此，第一部分的边界从位于滚动面的开端的半径过渡部的连接线上开始并且能够在滚动面的整个宽度上延伸。第二部分的边界从半径过渡部与紧邻的轮缘面的连接线开始并且在轮缘表面的宽度中的达35mm的线段上延伸。最大应力的所述区域在图1中通过附图标记4标出。还涉及轨道(在图1中通过附图标记1标出)的工作面，因此轨道头的半径过渡部的外侧上的位置具有最大的局部硬化，如其在图1中通过区域2示出。这可以由此解释，即由于在轨道头的滚动面上滑行，达800HB的轨道金属的局部表面硬化在约0.15至0.20mm的深度上进行，其中HB表示布氏硬度。

在轮副或者轨道的角应力的作用下出现硬化的上层从轨道的滚动表面到轨道头上的塑性位移，也就是说在与轮对的轮缘的相互作用区域中或者在过早磨损区域(最大接触应力区域)中。在图1中通过附图标记3标出的轮对的材料的硬度为280HB。由于出现的应力状态以及轨道头的金属的局部强度的增加造成车轮的金属的局部磨损的增加。磨损增加的位置是：紧靠着半径过渡部的轮缘区域和滚动面的紧靠着半径过渡部的区域。将所述车轮区域中的金属硬度提高到550至800HB使得能够提高轮对的使用寿命或者行驶性能，其中轨道的静态的平均磨损不变。

根据本发明的方法能够以如下的方式实现。将轮对设置在特殊的设备上，该设备设有旋转机械机构和用于局部集中加热的装置。所述设备设有传感器，所述传感器记录局部的温度场分布的参数和冷却速度。所述设备还能够可选地补充附加的加热源，倘若需要该加热源能够实现处理区域的热回火。

局部的集中加热能够例如借助于特殊的电极实施。所述电极例如构成为平的旋转的滚轮，该滚轮通过预定的应力被压紧在轮对的表面的某一点上。

在接通所述设备时，轮对开始以最好约3.5至15转每小时的速度转动。依据轮对的直径、电极的工作面的宽度、加热的参数等来选择具体的转动速度。

用于硬化的加热最好在待被热处理的轮对的所有部分上同时进行。如果在此涉及轮缘上的部分，所述区域或者所述部分的边缘则从位于轮缘开端上的半径过渡部的连接线开始。所述区域约为35mm宽。如果所述部分位于滚动面的圆柱形部分上，那么所述部分的边缘从半径过渡部与紧邻的滚动面的连接线开始。所述区域能够在滚动面的整个宽度上延伸。所述区域的宽度最好为约30mm。

在所述的区域中，进行一个或者两个环形部分的硬化，即最好在轮缘面上和在多个环形部分上，其能够分布在轮对的整个滚动面上。

滚动面和轮缘的边缘与半径过渡部的连接线可以借助于用于监控轮对的滚动面的参数的通用模型来确定。所述模型广泛应用于测定磨损和轮对的轮缘的垂直的突出轮缘磨削量。

在电极和预定的车轮面的接触点的区域中，以一个或者多个同心的带或者环形带的形式进行加热。温度超出相变的开始AC₃约60至280℃，并且轮对的转动速度为约3.5至15转每小时。在所述的温度和预定的转动速度的情况下相变以预定的方式充分发生。所述相变在所有预定范围内保证了马氏体结构的存在，所述马氏体结构由于约550至880HB的高硬度值而显得出色。具有这种结构的部分的深度为约3至5mm，这使得能够将铁路轮对的利用率提高约2.5倍。

在没有加热到相变温度的材料的范围内，金属的硬度保持在初始水平(280HB)。所述情况在保证高可靠性和经受局部硬化的铁路轮对的安全运行的方面具有重要的作用。金属的柔韧基体预防了裂缝的可能出现和扩宽。倘若需要，能够在随后局部加热时借助于回火方法清除残余的热应力。

在超出所述温度局部加热时并且在随后的快速冷却时，在工作区域中形成针状的马氏体结构。所述马氏体结构由于高硬度和脆性而出色。在操作中时在这些区域中，硬化区域中的金属中形成裂痕。此外，这种操作能够导致大的金属主体的过热，在那里发生相变，这导致了残余应力值的升高，该残余应力值还促使很快形成断裂。

低于所述温度界限加热导致金属结构在温度作用的区域中几乎没有转变并且对轮副的金属的硬度也没有影响。在所述情况下使用寿命或者行驶性能没有明显提高。

还有一个确定局部硬化的铁路轮对的使用寿命或者行驶性能重要特征是硬化区域的深度，在该硬化区域的范围内存在马氏体结构。达约0.5mm的较小深度不能达到根据本发明的效果，因为所述深度很快被磨掉。

建议的轮对在过早磨损区域中的局部硬化能够在每次修复轮对的轮廓的几何形状后在维修过程中进行。

用于实现根据本发明的方法的实施例为：

建议的方法借助于一组12个新轮对实现。车轮的金属的化学组成和机械特性的特征在于以下参数。

化学组成：

C＝0.60；Si＝0.60；Mn＝0.90；P＝0.035；S＝0.030。

机械特性：

强度界限：G_b＝980.66MPa；

相对应变δ＝10％并且φ＝15％；

布氏硬度HB＝280；

具有U形切口的样品的抗冲击弯曲强度KCU＝34.32Nm/cm²。

根据本发明的方法，将轮对组局部硬化。在前述的设备上将轮对在过早磨损区的范围中以如上所述的方式加热。将所述区域的金属加热至1080℃的温度。在相同的设备上以相似的方式在600℃的温度进行热回火以清除残余应力并且改善结构。由于所进行的操作，热处理的环形区域(过早磨损的区域)中的金属的硬度为580HB。热处理部分的局部硬化区域的深度为3.8mm(根据微观磨片的样品来确定)。轨道原来的硬度为320HB。

以这种方法处理的12个轮对设置在试验火车的车厢上。车厢如此负载，使得轴上的应力为27吨，这几乎为标准负载(15吨)的两倍。火车在试车阶段行驶超过149000km的环形试验铁路。在试车的过程中试验轮对。在同样的行驶性能的情况下，在通常的轮对中的磨损为3.5至4mm，在硬化的轮对中的磨损为1.25至1.45mm，也就是说减小了约2.5倍的磨损。

根据本发明，用于铁路轮对的局部加热的方法使得能够将轮对运行的检修间隔提高了2.5倍，即在铁路轨道的磨损不变的情况下通过减小轮缘与紧邻的轮对的滚动区域(过早磨损的区域)的金属磨损的方式。建议的方法不仅用于处理新的轮对还用于维修的轮对，该轮对应用于铁路车辆、有轨电车和地铁，并且因此增加了其运行中的检修间隔。

附图标记列表：

1轨道

2轨道的接触硬化区域

3车轮

4磨损区域

Claims (6)

1.一种用于尤其是铁路车轮的局部硬化方法，其中每个车轮构造成带有滚动面的圆柱形工作部分和在半径过渡部上与所述圆柱形工作部分相连接的轮缘的形式，所述方法包括借助于在旋转的接触滚轮上通电来进行所述车轮的金属硬化，所述接触滚轮在压力下被压紧在待处理的所述表面上，其中以一个或者多个带的形式进行所述表面的加热和硬化，其特征在于，在第一和/或第二环形部分中进行用于硬化的加热，其中所述第一部分的边界从半径过渡部的位于所述滚动面的开端的连接线上开始，并且所述第二部分的边界从所述半径过渡部与紧邻的所述轮缘面的连接线开始，其中以一个或者多个环形带的形式进行在每个所述部分中的局部加热，其中加热温度比相变温度AC₃高约60至280℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一环形部分在所述滚动面的宽度中的约30mm的区域上延伸。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二部分在所述轮缘表面的宽度中的达约35mm的区域上延伸。

4.根据权利要求1所述的方法，其中每个环形带的热作用的区域之间的距离从所述加热区域的每侧开始为至少约2至4mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在加热时所述车轮的转动速度为约3.5至15转每小时。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热的带为连续的或者不连续的环形部分。