DE2457719B2

DE2457719B2 - Werkstoff für Schienenräder

Info

Publication number: DE2457719B2
Application number: DE19742457719
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 4630 Bochum Knorr; Heinz Juergen Dipl.-Ing. 4630 Bochum Peters; Erwin Dr.Rer.Nat. 4322 Sprockhoevel Raquet; Beantragt Teilnichtnennung
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Priority date: 1974-12-06
Filing date: 1974-12-06
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2457719C3; DE2457719A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkstoff für Schienenräder, bestehend aus Stahl mit einer Streckgrenze von über 500 N/mm².

Es ist bekannt, die Radscheiben von Rädern von Schienenfahrzeugen als Bremsscheiben auszubilden, so daß die beiden Oberflächen der Radscheibe zwei zueinander parallele und senkrecht zur Radachse angeordnete Ringflächen bilden. Solche schon sehr bekannten und aus legiertem oder unlegiertem Stahl mit Umwandlungsgefüge bestehende gewalzte oder gegossene Räder haben sich trotz ihrer günstigen Herstellungskosten in der Praxis nicht durchsetzen können, weil die Räder anfällig für Spannungsrisse waren, die durch die beim wiederholten Bremsen auftretende örtliche

ίο Erwärmung verursacht wurden. Aus diesem Grunde ist man seit langem dazu übergegangen, an den Rädern separate Bremsscheiben anzubringen. Bei solchen Rädern mit separaten Bremsscheiben sind die Räder nicht spannungsrißgefährdet und die Bremsscheiben selbst nur einer wesentlich geringeren Gefahr von Spannungsrissen ausgesetzt als in den Rädern integrierte Bremsscheiben. Man hat dabei aber andere Nachteile in Kauf genommen: Räder mit jeweils zwei separaten Bremsscheiben haben im Vergleich zu Rädern mit integrierten Bremsscheiben ein um 40% höheres Gewicht, ein um annähernd 30% höheres Trägheitsmoment um die Rotationsachse und ein um etwa 40% höheres Trägheitsmoment um die Vertikalachse. Aufgrund dieser größeren Daten bei Rädern mit separater Bremsscheibe ist die unabgefederte Radsatzmasse wesentlich vergrößert und damit auch die dynamischen Kräfte ^wischen Rad und Schiene. Die kritische Geschwindigkeit (stabiler Sinuslauf) ist gegenüber den Rädern mit integrierten Bremsscheiben verringert.

Aus der US-PS ',149 267 ist es bekannt, für den Radreifen einen Hartstahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt und einem Mangangehalt von über 6% zu verwenden. Dieser Stahl soll eine hohe Härte mit guter Zähigkeit kombinieren. Diese Schrift gibt keine Anhaltspunkte dafür, daß sich die Lehre auf einen austenitischen Manganstahl bezieht. Bei den bekannten Schienenrädern aus austenitischem Manganstahl besteht das Problem, daß diese Schienenräder zwar den herkömmlichen Reibungsbelastungen zwischen Rad und Schiene, insbesondere Schlupf, gewachsen sind, nicht aber den modernen Belastungen, insbesondere dann nicht, wenn die Räder neben der Belastung durch quer auf sie einwirkende Kräfte durch die beim Bremsen erzeugte Wärme belastet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenrad zu schaffen, das einerseits sowohl unempfindlich gegen Thermoschocks ist, als auch eine Streckgrenze von über 500 N/mm² hat und andererseits sich hinsichtlich der dynamischen Kräfte zwischen Rad und Schiene und der kritischen Geschwindigkeit günstig verhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß ein bekannter aushärtender, austenitischer Manganstahl mit der Zusammensetzung

Kohlenstoff 0,3 bis 0,9%

Silizium 0,2 bis 2,0%

Mangan !7,0 bis 21,0%

Chrom 2,0 bis 8.0%

Vanadin 0,5 bis 1,0%

Stickstoff 0.05 bis 0,2%
Phosphor 1

Schwefel ) je max. 0,015%

Nickel max. 0,5%

Molybdän max. 0,3%

Rest Eisen und übliche, erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

ils Werkstoff für die gleichzeitig als Bremsscheiben ausgebildeten Scheiben von mit Radreifen versehenen Rädern oder Vollrädern verwendet wird.

Vorzugsweise hat der verwendete, aushärtende austenitische Manganstahl folgende Zusammensetzung:

Kohlenstoff	0,45 bis 0,55%
Silizium	030 bis 0,80%
Mangan	18;,0 bis 19,0%
Chrom	3,5 bis 5,0%
Vanadin	0'^O bis 0,65%
Stickstoff	0,08 bis 0,12%
Phosphor j Schwefel J	je max. 0,015%
Nickel	max. 03%
Molybdän	max. 03%

Rest Eisen und übliche erschmeizungsbedingte Verunreinigungen.

Der aushärtende, austenitische Manganstahl ist dem Fachmann in der bevorzugten Zusammensetzung als Werkstoff für Kappenringe bekannt. Diese bei elektrischen Generatoren verwendeten Kappenringe erfordern einen hochzugfesten und unmagnetischen Werkstoff. Der Verwendungszweck Kappenring und die hierfür notwendigen Eigenschaften haben aber keinen Bezug zur anmeldungsgemäßen Problemstellung.

Zur Wärmebehandlung des fertiggewalzten und/oder geschmiedeten Schienenrades wird empfohlen, ein Lösungsglühen bei etwa 1000⁰C für mehrere Stunden vorzunehmen und schnell auf Raumtemperatur abzukühlen. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung in Wasser oder öl, eine Abkühlung an Luft ist aber auch möglich. Nach dem Lösungsglühen und der nachfolgenden Abkühlung auf Raumtemperatur wird die Streckgrenze und die Zähigkeit des Manganstahls zweckmäßigerweise durch eine Glühbehandlung zwischen etwa 500 und 700⁰C eingestellt

Um die Thermospannungen möglichst gering zu halten, steht die Mittelebene des Rades senkrecht auf der Radachse. Dabei können die Oberflächen der Radscheibe mindestens im Bremsbereich parallel zu der Radscheibenmittelebene angeordnet sein. Eine solche Lage der Oberflächen der Radscheiben ermöglicht ein einfaches Bremssystem, weil dann auf das Bremssystem keine radialen Reaktionskräfte einwirken. Diese Maßnahmen beanspruchen Schutz in Verbindung mit den Maßnahmen nach den Ansprüchen I bis 4.

Das erfindungsgemäße Schienenrad zeichnet sich gegenüber bekannten Schienenrädern dadurch aus, daß es keine separate Bremsscheibe benötigt, sondern die Bremsscheibe von der Radscheibe gebildet ist. Daraus ergibt sich eine geringere Masse, die infolge der beim Fahren auftretenden dynamischen Kräfte zwischen Rad und Schiene eine geringere Materialbelastung darstellt. Außerdem bewirken die im Vergleich zu Schienenrädem mit separaten Bremsscheiben geringerem Trägheitsmomente um die Rotationsachse und die vertikale Achse einen stabileren Sinuslauf des Rades. Der an sich bekannte aushärtende austenilische Manganstahl als Material für die Scheibe ist sowohl unempfindlich gegen die beim Bremsen auftretenden Thermoschocks, die bei üblichem Material zu Spannungsrissen im Rad führen, als auch ausreichend fest, so daß das Rad in der Lage ist, die beim Bremsen in der Radscheibe auftretende Spannungsbeanspruchung aufzunehmen. Auch ist ein solches Rad in der Lage, ohne Schaden die beim Fahren durch Kurven auf das Rad einwiegende seitliche Belastung aufzunehmen. Vorteilhaft ist ferner, daß bei der Ausführung des gesamten Rades aus dem aushärtenden, austenitischen Manganstahl ein Überdrehen der Lauffläche, das bei nicht aus solchem Material bestehendin Rädern wegen der Spannungsrisse regelmäßig erforderlich ist, wegfällt, so daß aus diesem Grunde die Standzeit der erfindungsgemäßen Räder länger als die bekannter vergleichbarer Räder ist.

JO Nachfolgend wird ein Beispiel des Erfhidungsgegenstandes anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung zeigt die Hälfte eines Schienenrades im Axialschnitt.

Das aus Nabe 1, Scheibe 2 und Radkranz 3 bestehende Schienenrad der in den Ansprüchen genannten Zusammensetzung wird durch Pressen oder Walzen aus einem Stück hergestellt. Nach dem Lösungsglühen und Abkühlen wird das Schienenrad durch spanabhebende Oberflächenbearbeitung auf Maß gearbeitet. Die Mittelebene 4 des Schienenrades iteht senkrecht auf der Radachse 5. Die Radscheibe 2 ist im radkranznahen Bereich als doppelte Bremsscheibe ausgebildet, was durch die beiden strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die beiden ringförmigen Oberflächen sind plan gearbeitet und liegen parallel zur Mittelebene 4 des Schienenrades.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Werkstoff für Schienenräder, bestehend aus Stahl mit einer Streckgrenze von Ober 500 N/mm², dadurch gekennzeichnet, daß ein bekannter aushärtender, austenitischer Manganstahl mit der Zusammensetzung

Kohlenstoff 0,3 bis 03%

Silizium 0,2 bis 2,0%

Mangan 17,0 bis 21,0%

Chrom 2,0 bis 8,0%

Vanadin 0,5 bis 1,0%

Stickstoff 0,05 bis 0,2%

Phosphor! . „„,-η/

Schwefel/ je max. 0,015%

Nickel max. 0,5%

Molybdän max. 03%

Rest Eisen und übliche, erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

als Werkstoff für die gleichzeitig als Bremsscheiben ausgebildeten Scheiben von mit Radreifen versehenen Rädern oder Vollrädern verwendet wird.

2. Werkstoff für Schienenräder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung des Manganstahls

Kohlenstoff 0,45 bis 0,55%

Silizium 0,30 bis 0,80%

Mangan 18,0 bis 19,0%

Chrom 3,5 bis 5,0%

Vanadin 0,50 bis 0,65%

Stickstoff 0,08 bis 0,12% Phosphor 1

Schwefel J je max. 0,015%

Nickel max. 0,5%

Molybdän max. 0,3%
Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

3. Werkstoff für Schienenräder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fertig gewalzte und/oder geschmiedete Rad lösungsgeglüht bei etwa 1000⁰C für mehrere Stunden und dann schnell auf Raumtemperaturen abgekühlt wird.

4. Werkstoff für Schienenräder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lösungsglühen und nachfolgender Abkühlung auf Raumtemperatur die Streckgrenze und die Zähigkeit des Manganstahls durch eine Glühbehandlung zwischen etwa 500 und 700⁰C eingestellt wird.

5. Werkstoff für Schienenräder nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene der Radscheibe senkrecht auf der Radachse steht.

6. Werkstoff für Schienenräder nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Radscheibe mindestens im Bremsbereich parallel zur Radscheibenmittelebene verlaufen.