EP0542951B1 - Verfahren zum vergüten eines schienenfahrzeugrades - Google Patents

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EP0542951B1
EP0542951B1 EP92910396A EP92910396A EP0542951B1 EP 0542951 B1 EP0542951 B1 EP 0542951B1 EP 92910396 A EP92910396 A EP 92910396A EP 92910396 A EP92910396 A EP 92910396A EP 0542951 B1 EP0542951 B1 EP 0542951B1
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EP
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wheel
temperature
tempering
rail vehicle
isothermal
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EP92910396A
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Ottmar Krettek
Werner Mombrei
Gabor Harsy
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Alstom Schienenfahrzeuge AG
Original Assignee
Fiat Sig Schienenfahrzeuge AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/34—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tyres; for rims
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/20—Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening

Definitions

  • the present invention relates to a process for isothermal tempering a wheel for rail vehicles with the on the points of the wheel surface that are subject to wear pearlitic structure is generated.
  • the strength and toughness of the rail wheels can also be increased by adding alloying elements.
  • the prior art includes AT-A-344 241, DE-A-24 57 719, DE-A-24 25 187 and DE-A-31 11 420 A1, as well as the publications Haverkamp K. -D., Forch K. and Manyr K .: Influence of R e / R m and Strain Hardening on the Wear Behavior of Wheels, lecture collection for the International Wheels Congress Montreal 1988, Catot B. and Tourrade J.-C., manifests nuances d 'acier pour roues monoblocs, Revue i des Chemins de Fer 105 (1986), pp. 169/180, and Forch K., 15 years of wheel / rail research program of the Federal Ministry for Research and Technology-Wheel Research, Thyssen Technical Reports, H2 (1985 ), Pp. 228/232.
  • Remuneration is based on a customary procedure from a continuous cooling process from the austenitizing temperature to temperatures below the formation of martensite without an intermediate stopping time and a subsequent starting process.
  • the the resulting structure leads to a reduction in wear, however reacts in its wear characteristics overly sensitive to fluctuations in hardness in the tread area, which means continuous operation Deviations from the geometric roundness of the wheels occur. Especially under high speed conditions follow from this unacceptable Vibration exposure for vehicle and passenger.
  • DE-B-1 261 149 describes a method for tempering rail vehicle wheels known with which an independent of the wheel hardness Wear behavior achieved in the tread area becomes. Isothermal tempering creates a pearlitic structure generated, which leads to lower wear resistance, which, however, is approximately constant regardless of the hardness. This also applies to those arising from this type of remuneration Printing properties prevented. According to a variant, controlled cooling and subsequent tempering becomes one achieved higher wear resistance, but that of the Hardness is dependent.
  • the present invention is therefore the Based on the task to create a procedure for the remuneration of wheels, as initially mentioned was defined.
  • This is a heat treatment of the wheel material or at least to provide parts of the same, both for full rail vehicle wheels as well as for two-piece rail vehicle wheels.
  • This treatment needs to be more common Rail wheel qualities an independent of the wheel hardness Wear behavior in the tread area guarantee.
  • the material should be after the heat treatment have a uniform wear behavior with the highest possible hardness overall, in particular high tread hardness, so that the friction work lower in operation.
  • ZTU diagrams In these time / temperature conversion diagrams (ZTU diagrams), two curves C-shaped are drawn in between FIGS. 1 to 3 between temperatures A 1 and M s .
  • a 1 means the highest transformation temperature at which the austenite transformation begins, while M s represents the limit temperature below which martensite forms immediately, the amount of which increases as the cooling decreases.
  • the solid curves represent the course of the heat treatment of the rail wheel material parts.
  • the wheel material is first brought to at least the austenitizing temperature A 3 and then quenched in such a way that the martensite forming temperature M s according to line 1 is not reached. This quenching process is finished in point 2.
  • the austenite transformation according to Fig. 1 is not completely isothermal, but quasi-isothermal.
  • the temperature remains in the mean constant and above 300 ° C as this is the chosen one Line 5 shows.
  • the desired effect of remuneration will be reached when inside the wheel rim cross section through intermittent cooling and subsequent Warming from the core area or, if necessary, the temperatures such as by external heat supply that vary as a result of structural change the desired hardness is achieved. It is m.a.W. a quasi-isothermal in the area of austenite transformation Intermittent treatment by cooling and heating evenly, in the sense of Fig. 3, curve 9, or increasing, in the sense of FIG. 2, curve 8, performed. This curve can basically also be falling.
  • this will be at the austenitizing temperature heated wheel 10 completely in one Metal or salt bath 11 immersed in the conversion in the desired structural level.
  • the temperature the bath is in a corresponding manner, for example by means of Heat removal through a heat exchanger 12, see hold isothermal long until austenite transformation completed in the corresponding bike areas and thus the isothermal coating of the wheel.
  • the remuneration takes place in the partial immersion bath according to FIG. 5 of the wheel rim even with only partial coverage the wheel through a bath 11, for example a metal, Oil, salt or water bath.
  • a bath 11 for example a metal, Oil, salt or water bath.
  • Rotational speed of the wheel is ensured that in the relevant areas of the wheel 10 sets a steady temperature condition. Also here there is a heat extraction corresponding to that according to Fig. 4.
  • the device according to FIG. 6 enables the temperature to be reduced sufficient for the isothermal process rotating rapidly around a holding device 13 Wheel body 14 when passing through the pliers-like Cooling segment 15, in the 16 the wheel rim is cooled with water. In the case insufficient self-heating is due to that located opposite inductive heating segment 17 with the inductive Grinding 18 a wheel heating possible.
  • the Integration of both segments in a control loop enables an isothermal heat treatment with low temperature fluctuation range.
  • the wheel body 19 is vertical on one turntable that can be raised and lowered into the cooling or heating zone 23 fixed. The isothermal process is through corresponding movement of the turntable 23 completed.
  • Fig. 8 shows a further device, which from each one arranged side by side on one level shower 24 and inductive heating ring 25 is constructed.
  • One horizontally and vertically below the two rings sliding turntable 26 with fixed thereon Wheel body 27 takes over the necessary transport the same in the cooling and heating zone as required of the isothermal remuneration process.
  • FIG. 9 An analog device is shown in FIG. 9, in which Heating 28 and cooling rings 29 are arranged.
  • the transport of the wheel body 30 by a appropriate handling machine 31 made so that, the requirements of thermal quality treatment accordingly, the wheel body from above is immersed in the heating 28 or cooling ring 29.
  • the described quasi-isothermal coating of the wheel rim creates a structure in which material characteristics above the quality R8 shown in UIC 812-3 are achieved.
  • the tread and the flange are quenched in their cross-section and over their entire circumference, for example by water cooled down to near freezing point, to a temperature that is optimally adapted to the structural condition and lies above M s , and furthermore over a longer one, from the Depending on the composition of the wheel material, the temperature was kept constant at this temperature and cooled in air after the desired structural state had been set.
  • the resulting material structure meets the requirements which on a rail vehicle wheel for pure disc-braked wheelsets are placed in its Opposed properties by making it an overall higher Coefficient of friction in the event of stress between Wheel and rail as well as one that is almost independent of its hardness Has wear behavior. Served for this the solution according to the invention becomes more austenite-stabilizing Alloy elements, especially one increased manganese, which is also improvement serves the isothermal remuneration.
  • an austenite stabilizing Alloying element should be according to UIC 812-3 given steel compositions are selected, with the lower C contents (e.g. R7) to be preferred are.
  • the desired hardness values should refer to the upper limit values (e.g. for R9).
  • the heat treatment methods specified for solid wheels are on wheel tires using a holding device applicable accordingly.
  • a rail vehicle wheel treated in this way is largely free of residual stress, so that the tendency to axial faults caused by internal stresses, decrease even without starting the wheel becomes. This also makes a different location Wear on the wheel circumference avoided because operational hardening of the wheel tread no longer any influence on the wear behavior to take.
  • the wheel material is one according to the invention Rail vehicle wheel a carbonaceous Steel with manganese / silicon or manganese / vanadium additives.
  • This allows for special needs the remuneration of a rail wheel as Part of a purely disc braked wheelset the optimal boundary conditions are guaranteed.
  • the tensile strength and Yield strength per se of soft steels by 100 N / mm2 each 1% Mn increased.
  • the effect is with tempered steels even stronger.
  • the manganese content lowers the critical cooling rate and increases the depth of hardening.
  • a rail vehicle wheel manufactured according to the invention is used for this purpose targeted to a purely disc braked Wheel set designed. It largely shows one resulting isothermal austenite transformation Material condition in the rim or tire on the under the most common wheel / rail stress conditions one much less hard here Dependency of wear behavior shows than others Structural states.
  • Such a rail vehicle wheel can also a higher wheel / rail coefficient of friction and shows no tendency to discard the wheel disc.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum isothermen Vergüten eines Rades für Schienenfahrzeuge mit dem an den auf Verschleiss beanspruchten Stellen der Radoberfläche ein perlitischer Gefügezustand erzeugt wird.
Für Geschwindigkeiten über 160 km/h werden bei Schienenfahrzeugen normalerweise Vollräder eingesetzt. Diese werden vorwiegend aus unlegierten Kohlenstoffstählen hergestellt und einer Wärmebehandlung unterzogen. Dem Stande der Technik entsprechend werden Normalglühungen und Laufkranzvergütungen nach dem UIC-Kodex 812-3 V vorgenommen. Die Laufkranzvergütung besteht aus einer kontinuierlichen Abkühlung des Laufkranzes durch Abkühlung mit Wasser und einem nachfolgenden Anlassen.
Festigkeit und Zähigkeit der Schienenräder können ausserdem durch Zusätze von Legierungselementen erhöht werden. In diesem Sinne gehören zum Stande der Technik die AT-A-344 241, die DE-A-24 57 719, die DE-A-24 25 187 und die DE-A-31 11 420 A1, ferner die Publikationen Haverkamp K.-D., Forch K. und Werber K.: Influence of Re/Rm and Strain Hardening on the Wear Behaviour of Wheels, Vortragssammelband zum Internationalen Radsatzkongress Montreal 1988, Catot B. und Tourrade J.-C., Nouvelles nuances d'acier pour roues monoblocs, Revue Générale des Chemins de Fer 105 (1986), S. 169/180, sowie Forch K., 15 Jahre Rad/Schiene Forschungsprogramm des Bundesministeriums für Forschung und Technologie-Radforschung, Thyssen Technische Berichte, H2 (1985), S. 228/232.
Die mit derartigen Zusätzen von Legierungselementen versehenen Ausgangsstoffe für Schienenräder werden einer Wärmebehandlung unterzogen und dann mit Oel abgeschreckt. Das hieraus resultierende Gefüge bringt verbesserte Eigenschaften dieser Schienenräder.
Eine Vergütung nach einem üblichen Verfahren besteht aus einem kontinuierlichen Abkühlvorgang aus der Austenitisierungstemperatur auf Temperaturen unterhalb der Martensitausbildung ohne zwischengeschaltete Haltezeit und einem nachfolgenden Anlassvorgang. Das daraus resultierende Gefüge bringt zwar eine Verschleissminderung, reagiert jedoch in seiner Verschleisscharakteristik übermässig sensibel auf Härteschwankungen im Laufflächenbereich, wodurch im Dauerbetrieb Abweichungen von der geometrischen Rundheit der Räder auftreten. Insbesondere unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen folgen daraus unvertretbare Schwingungsbelastungen für Fahrzeug und Fahrgast.
Aus DE-B-1 261 149 ist ein Verfahren zum Vergüten von Schienenfahrzeugrädern bekannt, mit welchem ein von der Radhärte unabhängiges Verschleissverhalten im Laufflächenbereich erzielt wird. Durch isothermes Vergüten wird ein perlitisches Gefüge erzeuqt, was zu einem geringeren Verschleisswiderstand führt, welcher jedoch unabhängig von der Härte annähernd konstant ist. Auch werden dabei die bei dieser Art der Vergütung entstehenden Druckeigenschaften unterbunden. Gemäss einer Variante, gesteuertes Abkühlen und nachträgliches Anlassen, wird eine höhere Verschleissfestigkeit erzielt, die allerdings von der Härte abhängig ist.
Es ist erkannt worden, dass die verfahrensbedingten Härteschwankungen minimiert werden müssen und darüber hinaus das entstehende Gefüge eine wesentlich geringere Verschleissempfindlichkeit gegenüber verbleibenden Restschwankungen der Härte aufweisen muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vergütung von Rädern zu schaffen, wie dies eingangs definiert wurde. Dazu ist eine Wärmebehandlung des Radmaterials bzw. zumindest von Teilen desselben vorzusehen, und zwar sowohl für Schienenfahrzeugvollräder als auch für zweiteilig zusammengesetzte Schienenfahrzeugräder. Diese Behandlung muss im Rahmen üblicher Schienenradqualitäten ein von der Radhärte unabhängiges Verschleissverhalten im Laufflächenbereich gewährleisten. Der Werkstoff soll nach der Wärmebehandlung ein gleichmässiges Verschleissverhalten aufweisen bei insgesamt möglichst hoher Härte, insbesondere hoher Laufflächenhärte, um damit auch die Reibarbeit im Betrieb zu senken.
Im Sinne der Aufgabenstellung wird die Wärmebehandlung gemäss dem Kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 durchgeführt.
Die Erfindung wird beispielsweise anschliessend anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 bis 3
isotherme ZTU-Schaubilder für die Austenitumwandlung in einen Kohlenstoffstahl mit Perlit-Ferrit-Gefüge;
Fig. 4
eine schematische Darstellung eines Vollradvergütungsbades;
Fig. 5
eine Ansicht eines Partialtauchbades zur Vergütung des Radkranzes;
Fig. 6
ein Duschbad mit Duschring;
Fig. 7
eine weitere Vorrichtung zum Wärmebehandeln eines Schienenrades auf der Basis von Induktionsströmen;
Fig. 8 und 9
je eine Anordnung analog derjenigen gemäss Fig. 7 mit jeweils nebeneinander angeordnetem Dusch- und Induktions-Heizring.
In diesen Zeit/Temperaturumwandlungsdiagrammen (ZTU-Schaubilder) sind gemäss den Fig. 1 bis 3 zwischen den Temperaturen A1 und Ms zwei Kurven c-förmiger Gestalt eingezeichnet. Dabei bedeutet A1 die höchste Umwandlungstemperatur, bei welcher die Austenitumwandlung beginnt, während Ms die Grenztemperatur darstellt, unterhalb welcher sich sofort Martensit bildet, dessen Menge bei sinkender Abkühlung zunimmt.
Die ausgezogenen Kurven stellen den Verlauf der Wärmebehandlung der Schienenradmaterialteile dar.
Bei allen Wärmebehandlungen gemäss den Fig. 1 bis 3 wird vorerst der Radwerkstoff mindestens auf die Austenitisierungstemperatur A3 gebracht und dann derart abgeschreckt, dass die Martensitbildungstemperatur Ms entsprechend der Linie 1 nicht erreicht wird. Dieser Abschreckvorgang ist im Punkt 2 beendet.
Nun erfolgt, im Gegensatz zum bisherigen Vorgehen, keine kontinuierliche Abkühlung, sondern im Sinne der Wärmebehandlung gemäss Fig. 1 eine quasi-isotherme Behandlung 5 innerhalb der beiden strichpunktierten, c-förmigen Grenzkurven, welche den Austenitumwandlungsbeginn und das Ende der Austenitumwandlung anzeigen.
Nach Abschluss der Austenitumwandlung, bei welcher die Temperatur über 300°C liegt, erfolgt eine derart verlangsamte Abkühlung, dass die Ausbildung von Eigenspannungen weitgehend vermieden wird.
Die Austenitumwandlung gemäss Fig. 1 erfolgt nicht völlig isothermisch, sondern quasi-isothermisch. Im Mittelwert bleibt aber die Temperatur konstant und über 300°C, wie dies die gewählte Linie 5 erkennen lässt. Nach Ende der Austenitumwandlung erfolgt ein langsames Abkühlen, wie dies der Kurventeil 6 der Fig. 1 erkennen lässt.
Der angestrebte Effekt der Vergütung wird erreicht, wenn im Inneren des Radkranzquerschnittes durch intermittierende Kühlung und nachfolgende Erwärmung aus dem Kernbereich oder, wenn nötig, auch durch externe Wärmezufuhr die Temperaturen derart variieren, dass als Ergebnis der Gefügeumwandlung die angestrebte Härte erreicht wird. Es wird m.a.W. im Bereich des Austenitumwandlung eine quasi-isotherme Behandlung intermittierend durch Kühlung und Erwärmung gleichmässig, im Sinne der Fig. 3, Kurvenzug 9, oder steigend, im Sinne der Fig. 2, Kurvenzug 8, vorgenommen. Dieser Kurvenzug kann grundsätzlich auch fallend sein.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird das auf Austenitisierungstemperatur erwärmte Rad 10 vollständig in ein Metall- oder Salzbad 11 getaucht, das die Umwandlung in der gewünschten Gefügestufe bewirkt. Die Temperatur des Bades ist auf entsprechende Weise, etwa mittels Wärmeentzug durch einen Wärmetauscher 12, so lange isotherm zu halten, bis die Austenitumwandlung in den entsprechenden Radbereichen abgeschlossen ist und damit die isotherme Vergütung des Rades ausgeführt.
Im Partialtauchbad gemäss Fig. 5 erfolgt die Vergütung des Radkranzes auch bei nur teilweiser Bedeckung des Rades durch ein Bad 11, beispielsweise ein Metall-, Oel-, Salz- oder Wasserbad. Durch ausreichende Rotationsgeschwindigkeit des Rades wird sichergestellt, dass sich in den relevanten Bereichen des Rades 10 ein stationärer Temperaturzustand einstellt. Auch hier erfolgt ein Wärmeentzug entsprechend demjenigen nach Fig. 4.
Die Ausführung gemäss Fig. 5 kann mit einem Duschring oder einem segmentartigen Duschelement ergänzt werden, womit die Wärmebehandlung des rotierenden Rades derart gesteuert werden kann, dass aus der Abkühlungsphase und dem Selbstanlassen aus den noch erwärmten Zonen heraus eine im Mittelwert konstante Temperatur während der Phase der Austenitumwandlung erzielt wird.
Die Vorrichtung nach Fig. 6 ermöglicht die Temperaturabsenkung des für den isothermen Prozess hinreichend schnell um eine Aufnahmevorrichtung 13 rotierenden Radkörpers 14 beim Durchlaufen des zangenartigen Abkühlsegmentes 15, in dem über Spritzdüsen 16 der Radkranz mit Wasser gekühlt wird. Für den Fall unzureichender Eigenwärme ist über das gegenüber angeordnete induktive Erwärmungssegment 17 mit den induktiven Schleifen 18 eine Radaufheizung möglich. Die Einbindung beider Segmente in einen Regelkreis ermöglicht eine isotherme Wärmebehandlung geringer Temperaturschwankungsbreite.
Die Vorrichtung nach Fig. 7 besteht aus einem oben liegenden, das Rad 19 vollständig umschliessenden Induktionsring 20 mit der induktiven Schleife 21 und dem darunter liegenden, ebenfalls geschlossenen Duschring 22. Der Radkörper 19 ist auf einem vertikal in die Kühl- oder Heizzone heb- und senkbaren Drehteller 23 fixiert. Der isotherme Prozess wird durch entsprechende Bewegung des Drehtellers 23 vollzogen.
Fig. 8 zeigt eine weitere Vorrichtung, welche aus je einem auf einer Ebene nebeneinander angeordneten Dusch- 24 und induktiven Heizring 25 aufgebaut ist. Ein horizontal und vertikal unterhalb der beiden Ringe verschiebbarer Drehteller 26 mit darauf fixiertem Radkörper 27 übernimmt den erforderlichen Transport desselben in die Abkühlungs- und Aufheizzone nach Erfordernis des isothermen Vergütungsprozessverlaufes.
Eine analoge Vorrichtung zeigt Fig. 9, bei welcher Heiz- 28 und Kühlringe 29 angeordnet sind. Hier wird jedoch der Transport des Radkörpers 30 durch einen entsprechenden Handhabungsautomaten 31 so vorgenommen, dass, den Erfordernissen der thermischen Gütebehandlung entsprechend, der Radkörper jeweils von oben in den Heiz- 28 oder Kühlring 29 eingetaucht wird.
Wie die Fig. 6 bis 9 erkennen lassen, können derartige Vorrichtungen mit zusätzlichen Wärmeeinrichtungen, hier beispielsweise mit niederfrequenten Induktionsschleifen oder Beflammungselementen, zur präziseren Steuerung des isothermen Prozesses kombiniert werden.
Durch die beschriebene quasi-isotherme Vergütung des Radkranzes entsteht ein Gefüge, bei welchem Materialkennwerte oberhalb der in der UIC 812-3 gezeigten Qualität R8 erreicht werden. Hierbei werden meistens ausschliesslich die Lauffläche und der Spurkranz in seinem Querschnitt und über seinen gesamten Umfang schockartig, beispielsweise durch auf nahe dem Gefrierpunkt heruntergekühltes Wasser, auf eine dem Gefügezustand optimal angepasste, über Ms liegende Temperatur abgeschreckt und im weiteren über eine längere, von der Zusammensetzung des Radwerkstoffes abhängige Zeit auf dieser Temperatur konstant gehalten und nach Einstellung des gewünschten Gefügezustandes an Luft abgekühlt.
Wenn hierzu ein erwärmtes Schienenfahrzeugrad in einem Abschreckkasten rotiert, kann aus der Kombination von kurzzeitigen Abschreck- und Rückwärmphasen eine quasi-isotherme Austenitumwandlung erfolgen. Hierbei ist die Abschreckintensität durch eine bevorzugte Anordnung des Rades beim Vergütungsvorgang sowie durch die Rotationsgeschwindigkeit und die Wasserzufuhrmenge regulierbar.
Ein so entstehendes Werkstoffgefüge kommt den Forderungen, welche an ein Schienenfahrzeugrad für rein scheibengebremste Radsätze gestellt werden, in seinen Eigenschaften entgegen, indem es ein insgesamt höheres Reibwertniveau bei Scblupfbeanspruchung zwischen Rad und Schiene sowie ein von seiner Härte nahezu unabhängiges Verschleissverhalten aufweist. Hierzu bedient sich die erfindungsgemässe Lösung austenitstabilisierender Legierungselemente, insbesondere eines erhöhten Mangangehaltes, was auch der Verbesserung der isothermen Vergütbarkeit dient.
Mit Ausnahme des Gehaltes eines austenitstabilisierenden Legierungselementes sollten die nach UIC 812-3 vorgegebenen Stahlzusammensetzungen gewählt werden, wobei die der geringeren C-Gehalte (z.B. R7) zu bevorzugen sind. Die angestrebten Härtewerte sollten sich auf die oberen Grenzwerte (z.B. für R9) beziehen.
Die für Vollräder benannten Wärmebehandlungsmethoden sind an Radreifen unter Nutzung einer Haltevorrichtung sinngemäss anwendbar.
Ein derart behandeltes Schienenfahrzeugrad ist weitgehend eigenspannungsfrei, so dass die Neigung zu den durch Eigenspannungen hervorgerufenen axialen Verwerfungen, auch ohne Anlassen des Rades, deutlich abnehmen wird. Hierdurch wird auch ein örtlich unterschiedlicher Verschleiss am Radumfang vermieden, da betriebsbedingte Verfestigungen der Radlauffläche keinerlei Einfluss mehr auf das Verschleissverhalten nehmen.
Schliesslich ist der Radwerkstoff bei einem erfindungsgemässen Schienenfahrzeugrad ein kohlenstoffhaltiger Stahl mit Mangan/Silizium- bzw. Mangan/Vanadium-Zusätzen. Hierdurch können für die speziellen Erfordernisse der Vergütbarkeit eines Schienenrades als Bestandteil eines rein scheibengebremsten Radsatzes die optimalen Randbedingungen gewährleistet werden. Durch derartige Zusätze werden die Zugfestigkeit und Streckgrenze an sich weicher Stähle um 100 N/mm2 je 1% Mn erhöht. Bei vergüteten Stählen ist die Wirkung noch stärker. Es stellt sich ausserdem eine erhebliche Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit ein. Darüber hinaus senkt der Mangananteil die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit und erhöht damit die Einhärtungstiefe.
Ein erfindungsgemäss hergestellte Schienenfahrzeugrad wird hierzu zielgerichtet auf einen rein scheibengebremsten Radsatz ausgelegt. Es weist einen aus einer weitgehend isothermen Austenitumwandlung resultierenden Werkstoffzustand im Radkranz bzw. Radreifen auf, der unter den häufigsten Rad/Schiene-Beanspruchungsbedingungen eine von seiner Härte hier deutlich geringere Abhängigkeit des Verschleissverhaltens zeigt als andere Gefügezustände.
Die erläuterte Gütebehandlung ergibt Härten bis über 320 HB. Bei einer Haltetemperatur von 500°C hätte das Randgefüge von R7 eine Endhärte von 305 HB.
Ein derartiges Schienenfahrzeugrad lässt ebenfalls einen höheren Rad/Schienen-Reibwert zu und zeigt dabei keinerlei Neigung zum Verwerfen der Radscheibe.

Claims (4)

  1. Verfahren zum isothermen Vergüten von Teilen eines Rades für Schienenfahrzeuge, mit dem an den auf Verschleiss beanspruchten Stellen der Radoberfläche durch Wärmebehandlung ein perlitischer Gefügezustand erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Austenitumwandlung die Abkühlung zur Vermeidung von Druckeigenspannungen intermittierend durch Kühlung und Erwärmung durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung mit einer kleinfrequenten oder grossfrequenten Intermittierung erfolgt.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die intermittierende Behandlung im Bereich der Austenitumwandlung quasi isotherm, steigend oder fallend durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Austenitumwandlung die Temperatur nochmals erhöht wird, aber unterhalb der Austenitisierungstemperatur bleibt.
EP92910396A 1991-06-03 1992-06-01 Verfahren zum vergüten eines schienenfahrzeugrades Expired - Lifetime EP0542951B1 (de)

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CH163391 1991-06-03
CH1633/91 1991-06-03
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EP0542951A1 EP0542951A1 (de) 1993-05-26
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