RU2127768C1

RU2127768C1 - Method of hardening steel wheels

Info

Publication number: RU2127768C1
Application number: RU97120821A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Чкалов; М.И. Квасов; О.Х. Шарадзе; В.Н. Кулемин
Original assignee: Чкалов Лев Александрович
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1999-03-20

Abstract

FIELD: metallurgy, more specifically, methods of hardening steel cast and seamless rolled wheels. SUBSTANCE: method includes heat treatment of rim and its reinforcement with stiffeners possessing hardness exceeding the hardness of material in which they are made. Stiffeners are made in the form of ribs which encircle the surface of profile of wheel rolling and made opened and with displacement of points of break of ribs between one another. In this case height of rib cross-section-its width ratio is 1:(3-5). EFFECT: higher service stability of wheels. 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к методам упрочнения стальных литых колес и цельнокатаных колес. The invention relates to metallurgy, and in particular to methods of hardening steel cast wheels and solid wheels.

Известен способ упрочнения стальных колес [1], включающий термическую обработку поверхности профиля катания колеса и ее армирование элементами жесткости, обладающими твердостью, превосходящей твердость материала, в котором они выполнены. Армирование поверхностного слоя производят путем выполнения отверстий, стенки которых обладают повышенной твердостью, являясь элементами жесткости. A known method of hardening steel wheels [1], including heat treatment of the surface of the profile of the wheel and reinforcing it with stiffness elements having a hardness exceeding the hardness of the material in which they are made. Reinforcement of the surface layer is carried out by making holes, the walls of which have increased hardness, being elements of rigidity.

Недостаток способа заключается в том, что отдельно выполненные участки твердости недостаточно связывает объем металла и при образовании проката колеса в процессе эксплуатации происходит смещение металла поверхностного слоя. Другим недостатком является то, что при некачественной лазерной обработке отверстий возникают участки с внутренними напряжениями, отличными от напряжений соседних участков и от напряжения металла поверхностного слоя катания колеса, и при наличии дефектов металла, а именно пустот, расслоений и т. д. возможна поломка колеса. И кроме того, при динамических ударах, возникающих при движении на стыках рельсов, стрелочных переходах и прочее, локальность элементов жесткости приводит к выкрашиванию металла и как следствие к поломке колеса. И все это приводит к снижению эксплуатационной стойкости колеса. The disadvantage of this method is that separately executed hardness sections do not sufficiently bind the metal volume and, when a wheel is rolled during operation, the metal of the surface layer is displaced. Another disadvantage is that with poor-quality laser machining of holes, areas with internal stresses other than the stresses of neighboring sections and the metal surface tension of the wheel roll appear, and in the presence of metal defects, namely voids, delaminations, etc., the wheel may break . And in addition, during dynamic impacts that occur when driving at rail junctions, turnouts, etc., the locality of the stiffeners leads to metal spalling and, as a result, to wheel breakage. And all this leads to a decrease in the operational stability of the wheel.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационной стойкости колеса. The aim of the present invention is to increase the operational stability of the wheel.

Поставленная цель достигается тем, что в способе упрочнения стальных колес, включающий термическую обработку поверхности профиля катания колеса и ее армирование элементами жесткости, обладающими твердостью, превосходящей твердость материала, в котором они выполнены, элементы жесткости выполняют в виде дорожек, причем дорожки, опоясывающие поверхность профиля катания колеса, выполняют разомкнутыми и со смещением мест разрыва дорожек между собой, при этом соотношение высоты сечения дорожки к его ширине соответствует 1 к 3 - 5. This goal is achieved by the fact that in the method of hardening steel wheels, comprising heat treatment of the surface of the wheel profile and reinforcing it with stiffness elements having a hardness exceeding the hardness of the material in which they are made, the stiffening elements are made in the form of tracks, and the tracks encircling the profile surface wheel skating is performed open and with displacement of the gap between the tracks, the ratio of the height of the section of the track to its width corresponding to 1 to 3 - 5.

Такое выполнение способа, при котором элементы жесткости выполняют в виде дорожек, причем дорожки, опоясывающие поверхность профиля катания колеса, выполняют разомкнутыми и со смещением мест разрыва дорожек между собой и при этом соотношение высоты сечения дорожки к его ширине соответствует 1 к 3 - 5, позволяет связать объем металла поверхности катания достаточно для устранения его перемещения в виде проката и уменьшить площадь контакта поверхности катания колеса с рельсом и тормозными колодками и в итоге повысить эксплуатационную стойкость колеса. This embodiment of the method, in which the stiffening elements are made in the form of tracks, the tracks surrounding the surface of the wheel profile are open and offset between the gap between the tracks and the ratio of the section height of the track to its width corresponds to 1 to 3 - 5, allows to connect the volume of metal of the skating surface is sufficient to eliminate its movement in the form of rolled products and to reduce the contact area of the skating surface of the wheel with the rail and brake pads and ultimately increase the operational stability spine wheel.

На фиг. 1 приведена схема выполнения способа. In FIG. 1 shows a diagram of a method.

На поверхности 1 катания колеса 2 выполнены дорожки 3 жесткости, твердость которых превышает твердость материала, в котором они выполнены. Соотношение высоты h сечения 4 дорожки 3 к его ширине L соответствует 1 к 3 - 5. Дорожки 3, опоясывающие поверхности 1 профиля катания колеса 2, выполнены разомкнутыми и со смещением мест 5 разрыва дорожек между собой. On the rolling surface 1 of the wheel 2, stiffness tracks 3 are made, the hardness of which exceeds the hardness of the material in which they are made. The ratio of the height h of the cross section 4 of the track 3 to its width L corresponds to 1 to 3 to 5. The tracks 3, the girdle surfaces 1 of the skating profile of the wheel 2, are made open and with a displacement of places 5 of the gap between the tracks.

Способ упрочнения стальных колес 2 реализуют следующим образом. В соответствии с химическим составом металла колеса 2 подбирают определенную мощность лазерного излучения. Сфокусированный лазерный луч направляют вертикально к обрабатываемой поверхности 1 колеса 2 при одновременном вращении последнего. Фокус лазерного луча располагают над обрабатываемой поверхностью 1 или внутри металла на глубину, достаточную для нагревания и образования дорожки 3 жесткости с соотношением высоты h сечения к его ширине L=1 к 3 - 5. Такое соотношение размеров оптимально для фазовых превращений металла и формирования армирующей дорожки с твердостью, превышающей твердость материала, в котором она выполнена. Полученная стабильная форма сечения 4 упроченного слоя имеет плавный переход твердости от повышенной на поверхности сечения к исходной твердости металла в любом радиальном направлении. Переход с одной дорожки 3 на другую производят путем плавного включения и выключения источника лазерного излучения. В случае выполнения дорожек 3, опоясывающих поверхность катания колеса 2, их выполняют разомкнутыми и со смещением мест разрыва 5 дорожек 5 между собой. The method of hardening steel wheels 2 is implemented as follows. In accordance with the chemical composition of the metal, the wheels 2 select a certain laser radiation power. The focused laser beam is directed vertically to the machined surface 1 of the wheel 2 while rotating the latter. The focus of the laser beam is placed above the machined surface 1 or inside the metal to a depth sufficient for heating and formation of a stiffness track 3 with a ratio of the height h of the cross section to its width L = 1 to 3 - 5. This size ratio is optimal for phase transformations of the metal and the formation of the reinforcing track with a hardness exceeding the hardness of the material in which it is made. The obtained stable cross-sectional shape 4 of the hardened layer has a smooth transition of hardness from increased on the cross-section surface to the initial metal hardness in any radial direction. The transition from one track 3 to another is carried out by smoothly turning the laser radiation source on and off. In the case of the tracks 3, encircling the rolling surface of the wheel 2, they are made open and with a displacement of the gap points 5 of the tracks 5 among themselves.

Для проверки возможностей способа произвели армирование колесной пары диаметром 970 мм газовым лазером мощностью 1,4 кВт. Выполнены дорожки жесткости шириной сечения 4,5 - 5 мм и высотой 1,2 мм. Эксплуатационные испытания показали, что при пробеге 56000 км прокат колесной пары составил 0. В то же время контрольная необработанная колесная пара при таком де пробеге показала прокат поверхности = 0,9 мм. To test the capabilities of the method, a pair of wheels with a diameter of 970 mm was reinforced with a 1.4 kW gas laser. Stiffness tracks were made with a section width of 4.5 - 5 mm and a height of 1.2 mm. Field tests showed that with a mileage of 56,000 km, the wheelset rental was 0. At the same time, the control untreated wheelset with such mileage showed a surface rental = 0.9 mm.

Внедрение данного способа позволяет получать значительный экономический эффект; так как при армировании 240 колесных пар экономический эффект составил > 3 миллиардов рублей. The implementation of this method allows to obtain a significant economic effect; since when reinforcing 240 wheelsets, the economic effect amounted to> 3 billion rubles.

Claims

A method of hardening steel wheels, comprising heat treating the surface of the wheel profile and reinforcing it with stiffness elements having a hardness exceeding the hardness of the material in which the stiffeners are made, characterized in that the stiffeners are made in the form of tracks, the tracks encircling the surface of the wheel profile perform open and with a displacement of the gap between the tracks, the ratio of the height of the section of the track to its width corresponds to 1 to 3-5.