DE2457719C3

DE2457719C3 - Werkstoff für Schienenräder

Info

Publication number: DE2457719C3
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: 1979-10-11
Also published as: DE2457719A1; DE2457719B2

Description

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Rest Eisen und übliche, erschmclzungsbediii£'e Verunreinigungen

als Werkstoff für die gleichzeitig als Bremsscheibe!! 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% ^Γ>

Molybdän max. 0,3%

Rest Eisen und übliche erschmelzungsbcdingtc Verunreinigungen.

3. Werkstoff für .Schienenräder nach den Ansprü- ⁴" chen I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß das fertig gewalzte und/oder geschmiedete Rad lösungsge glüht bei etwa 1000"C" für mehrere Stunden und dann schnell auf Raumtemperaturen abgekühlt wird.

4. Werkstoff für Schienenräder nach den Ansprü- ^4I> chcn 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lösungsglühen und nachfolgender Abkühlung auf Raumtemperatur die Streckgrenze und die Zähigkeit des Manganstahl durch eine Glühbehandlung zwischen etwa 500 und 700"C eingestellt wird. ^r>"

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

6. Werkstoff für .Schienenräder nach den Ansprü- ^r>^r> chcn I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflachen der Radscheibe mindestens in) Uremsbereich parallel zur Radscheibenmitlclebene verlaufen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkstoff für SchieiK-nrädcr. bestehend mis Stahl mit einer Streckgrenze von über 500 N/mni·'.

Es isl bekannt, die Radscheiben von Rädern von Schienenfahrzeugen ais Bremsscheibe!) auszubilden, sei 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, d^:™ durch die beim wiederholten Bremsen auftretende örtliche 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 ielbst 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'Vn 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 d^mit auch die dynamischen Kräfte zwischen Rad und Schiene. Die kritische Geschwindigkeit (stabiler Sinuslauf) ist gegenüber den Rädern mit integrierten Bremsscheiben verringert.

Aus"der US-PS 1149 267 ist es bekannt, für den Radreifen einen Hartstahl mit einen) hohen Kohlenstoffgehalt und einem Mangangehall 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 austcnitischen Manganstahl bezieht. Bei den bekannten .Schienenrädern aus austenitischem Manganstahl besteht das Problem, daß diese Schient riräder zwar den herkömmlichen Reibungsbelaslungen 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 Thcrmoschocks ist. als auch eine Streckgrenze von über 500 N/mm- 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, J bis 0.9%

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"/(i

Phosphor I

Schwefel j ie max. 0.0I5"/,,

Nickel max. 0.5%

Molybdän mav 0.1%

Rest Eisen und übliche, erschmelziings
bed ι η L'te VcrunreiniL'umrcn

LiIs Werkstoff für die gleichzeitig als Bremsscheibe!) ausgebildeten Scheiben von mil Radreifen versehenen Rudern oder Vollrädern verwendet wird.

Vorzugsweise hat der verwendeie, aushärtende austenitische Manganstahl folgende Zusammensetzung:

0,45 bis O.55"/u

Kohlenstoff

Silizium

Mangan

Chrom

Vanadin

Stickstoff

OJO bis 0.80%
18,0 bis 19.0%
3,5 bis 5.0%
0,50 bis 0.65"/(i
0.08 bis 0,12%

,. , , , ι je max. 0.015%

Schwefel J '

Nickel max. 0,5%

Molybdän max. 0,3'Vo

Rest Eisen und übliche erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

Der aushärtende, austeiiilische Manganstahl ist dem Fachmann in der bevorzugten Zusammensetzung als Werkstoff für Kappenringe bekannt. Diese be· elektrischen Generatoren verwendeten Kappenringe erfordern einen hoch/.ugfesien und unmagnetischen Werkstoff. Der Verwendungszweck Kappenring und die hierfür notwendigen Eigenschaften haben aber keinen Bezug zur anmeldungsgcmäßen Problemstellung.

Zur Wärmebehandlung des fertiggewalzten und/oder geschmiedeten .Schienenrades wird empfohlen, ein Lösungsglühen bei etwa KX)O¹C für mehrere Stunden vorzunehmen und schnell auf Raumtemperatur abzukühlen. Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung in Wasser oder C)I. 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 /weckmäliigerweise durch eine Glühbehandlung /wischen etwa 500 und 700 C eingestellt.

Dm die Thermospannungen möglichst gering zu halten, steht die Mitlelcbene des Rades senkrecht aiii der Radachse. Dabei können die Oberflächen tier Radscheibe mindestens im Bremsbereich parallel /u tier Radscheibenmittelebene angeordnet sein. Eine solche Lage der Oberflächen der Radscheiben ermöglicht ein einfaches Bremssystem, weil dann auf das Bremssystem keine radialen Reaklionskräfle einw!^rken. Diese Mallnahmen beanspruchen Schulz in Verbindung mil den Mallnahmen nach den Ansprüi.hen ! bis 4.

Das erfi.idungsgemälle Scnienenrad zeichnet sich gegenüber bekannten Schienenrädern dadurch aus. dall es keine separate Bremsscheibe benöligt, sondern die Bremsscheibe von der Radscheibe gebildet ist. Daraus ergibt sich eine geringere Masse, die infolge der be.m Fahren auftretenden dynamischen Kräfte /wischen Rad und Schiene eine geringere Materiaibelastung darstellt. Außerdem bewirken die im Vergleich /u Schienenradern mit separaten Bremsscheiben geringeren Trägheitsmomente um die Rotationsachse und die vertikale Achse einen stabileren Sinuslauf des Rades. Der an sich bekannte aushärtende austeiiilische Manganstahl als Material für die Scheibe ist soviohl unempfindlich gegen die beim Bremsen auftretenden Thermoschocks. die bei üblichem Material zu Spannungsrissen im Rad führen, als auch ausreichend fest, so disll das Rad in der Lage ist. die beim Bremsen in der Radscheibe auftretende Spannungsbeanspruchung aufzunehmen. Auch ι ,1 ein solches Rad in der Lage, ohne Schade.. Jie beim I .ihren durch Kurven auf das Rad einwirke.ide seil lithe Belastung aufzunehmen. Vorteilhaft isi ferner, dall bei tier Ausführung des gesamten R.ides .ms dem aushärtenden, austenitischen Manganstahl ein I überdrehen der Lauffläche, das bei mehl aus solchem Material bestehenden Rädern wegen der Spannungsrisse regelmallig erforderlich ist, wegfallt, so dall aus diesem Cirunde die Standzeit der erfindungsgemälJen Rader langer .ils die bekannter vergleichbarer Rader isi

Nachfolgend wird ein Beispiel des Erfindutigsgegu;-siandes anhand der Zeichnung erläutert. Die Zeichnung /eigl die Hälfte eines .Schienenrades ii Axialschniu

Das aus Nabe 1, Scheibe 2 . .:id Radkranz 5 bestehende Schienenrad der in Jen Ansprüchen genannten Zusammensetzung wird durch fressen oder Walzen aus einem Stück hergestellt Nach dem Lösungsglühen und Abkühlen wird das Schienenrad durch spanabhebende Oberflächenbearbeitung aiii Mall gearbeitet. Die Mittelebene 4 des Schienenrades steht senkrecht auf der Radachse 5. Die Radscheibe 2 ist im radkranznahen Bereich als doppelle Bremsscheibe ausgebildet, was durch die beiden strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die beiden ringförmigen Oberflachen sirul plan gearbeitet und liegen parallel zur Mittelebene 4 des .Schienenrades.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Werkstoff für Schienenräder, bestehend aus Stahl mit einer Streckgrenze von über 500 N/mm-', dadurch gekennzeichnet, daß ein bekannter aushärtender, austenitischer Manganstahl mit der Zusammensetzung

Kohlenstoff 0,3 bis 0,9%

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 \

Schwefel

Nickel

Molybdän

je max. 0,015%

max. 0,5% max. 0,3%

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