RU2353672C1 - Method of thermal strengthening of railway wheels - Google Patents

Method of thermal strengthening of railway wheels Download PDF

Info

Publication number
RU2353672C1
RU2353672C1 RU2007135856/02A RU2007135856A RU2353672C1 RU 2353672 C1 RU2353672 C1 RU 2353672C1 RU 2007135856/02 A RU2007135856/02 A RU 2007135856/02A RU 2007135856 A RU2007135856 A RU 2007135856A RU 2353672 C1 RU2353672 C1 RU 2353672C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cooling
rim
providing
hardening
wheel
Prior art date
Application number
RU2007135856/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Киселев (RU)
Сергей Николаевич Киселев
Андрей Викторович Саврухин (RU)
Андрей Викторович Саврухин
Алексей Николаевич Неклюдов (RU)
Алексей Николаевич Неклюдов
Галина Дмитриевна Кузьмина (RU)
Галина Дмитриевна Кузьмина
Алексей Сергеевич Киселев (RU)
Алексей Сергеевич Киселев
Александр Сергеевич Киселев (RU)
Александр Сергеевич Киселев
Original Assignee
Сергей Николаевич Киселев
Андрей Викторович Саврухин
Алексей Николаевич Неклюдов
Галина Дмитриевна Кузьмина
Алексей Сергеевич Киселев
Александр Сергеевич Киселев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Николаевич Киселев, Андрей Викторович Саврухин, Алексей Николаевич Неклюдов, Галина Дмитриевна Кузьмина, Алексей Сергеевич Киселев, Александр Сергеевич Киселев filed Critical Сергей Николаевич Киселев
Priority to RU2007135856/02A priority Critical patent/RU2353672C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2353672C1 publication Critical patent/RU2353672C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to thermal treatment field. For providing of solidity not less than 300 HB on depth not less than 50 mm from surface of volution wheel tread, exclusions during the process of cooling of formation of hardening structures and providing of maximal drop of residual voltage, solid-rolled wheels made of steel with carbon content no less than 0.60 wt % is heated till the austenitising temperature and intensively cooled, at that during the cooling process from the moment of the beginning for 50-100 seconds it is implemented increasing of cooling intensity of comb roll surface and side surfaces of crown by all height from 0 till value 2-3 W/(cm2·s), then it is cooled during 40-300 sec with constant refrigeration rate of specified wheel face equal to value 2-3 W/(cm2·s) for providing of strengthening in all crown volume.
EFFECT: providing of material strengthening.
2 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к термической обработке стальных изделий и может быть использовано при изготовлении железнодорожных цельнокатаных колес из стали с содержанием углерода не менее 0,60%.The invention relates to the heat treatment of steel products and can be used in the manufacture of railway solid-rolled wheels of steel with a carbon content of at least 0.60%.

Известен способ термического упрочнения железнодорожных колес, см. Бибик Г.А. и др. Производство железнодорожных колес. М.: Металлургия, 1982, с.164-171, предусматривающий нагрев изделий под термообработку, подачу охладителя на различные поверхности обода колеса (боковые и поверхность катания) с требуемой скоростью охлаждения и отпуск. Указанная технология термического упрочнения колес включает в себя их нагрев до 840-870°С равномерно по всему объему в зависимости от содержания в стали углерода и марганца, передачу нагретого колеса к закалочной машине с минимальным промежутком во времени, указанном в нормативной документации.A known method of thermal hardening of railway wheels, see G. Bibik and other production of railway wheels. M .: Metallurgy, 1982, p. The specified technology of thermal hardening of the wheels includes heating them to 840-870 ° C uniformly throughout the volume depending on the content of carbon and manganese in the steel, transferring the heated wheel to the quenching machine with a minimum time interval specified in the regulatory documentation.

Использование такой технологии обеспечивает невысокий уровень прочностных свойств металла и износостойкости обода при эксплуатации.The use of such technology provides a low level of strength properties of the metal and wear resistance of the rim during operation.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ термической обработки железнодорожных колес, см. а.с. СССР №549485, кл. C21D 9/34, 1977, который выбран в качестве прототипа. Данный способ включает в себя нагрев железнодорожных колес до температуры Ас3+(30-50)°С, выравнивание температуры внутренних и поверхностных зон обода выдержкой при температуре Ас3+(30-50)°С, термическое упрочнение обода охлаждением его водой, снижение температуры колес подстуживанием на воздухе и их последующий отпуск.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed method is a method of heat treatment of railway wheels, see.with. USSR No. 549485, cl. C21D 9/34, 1977, which is selected as a prototype. This method includes heating the railway wheels to a temperature of Ac 3 + (30-50) ° C, aligning the temperature of the inner and surface zones of the rim by holding it at a temperature of Ac 3 + (30-50) ° C, thermally hardening the rim by cooling it with water, reducing temperature of the wheels by freezing in the air and their subsequent vacation.

Недостатком этого способа является тот факт, что в момент окончания охлаждения в поверхностных зонах обода образуются закалочные структуры (до 100% мартенсита), пластические деформации, а также высокий уровень растягивающих напряжений, что увеличивает вероятность образования трещин в момент окончания охлаждения. Определить напряженно-деформированное и структурное состояние обода колеса в различные моменты на этапе охлаждения можно только методами компьютерного моделирования.The disadvantage of this method is the fact that at the moment of termination of cooling, quenching structures (up to 100% martensite), plastic deformations, as well as a high level of tensile stresses are formed in the surface zones of the rim, which increases the likelihood of cracking at the end of cooling. It is possible to determine the stress-strain and structural state of the wheel rim at various points during the cooling stage only by computer simulation methods.

Техническим результатом изобретения является повышение свойств материала железнодорожных цельнокатаных колес - стали с содержанием углерода не менее 0,60%, а именно обеспечение твердости не ниже 300 НВ на глубине не менее 50 мм от поверхности катания обода колеса при исключении или максимальном уменьшении в процессе охлаждения образования закалочных структур и максимального снижения остаточных напряжений в момент окончания закалки.The technical result of the invention is to improve the properties of the material of railway seamless wheels - steel with a carbon content of at least 0.60%, namely, providing a hardness of at least 300 HB at a depth of at least 50 mm from the surface of the wheel rim with the exception or maximum reduction during cooling quenching structures and the maximum reduction in residual stresses at the time of quenching.

Для достижения технического результата в процессе охлаждения с момента его начала за 50-100 секунд происходит постепенное увеличение интенсивности охлаждения поверхности катания, гребня и боковых поверхностей обода по всей их высоте от 0 до значения 2-3 Вт/(см2·с), затем охлаждение продолжается в течение 40-300 секунд с постоянной интенсивностью охлаждения указанных поверхностей обода, равной значению 2-3 Вт/(см2·с), для обеспечения упрочнения во всем объеме обода.To achieve a technical result in the cooling process from the moment of its start, in 50-100 seconds there is a gradual increase in the cooling intensity of the skating surface, ridge and side surfaces of the rim over their entire height from 0 to 2-3 W / (cm 2 · s), then cooling continues for 40-300 seconds with a constant intensity of cooling of the indicated surfaces of the rim equal to the value of 2-3 W / (cm 2 · s) to ensure hardening in the entire volume of the rim.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:The invention is illustrated by the accompanying drawings, where:

- на фиг.1 показана схема расположения зон оценки и сравнения напряженно-деформированного состояния в радиальном сечении железнодорожного колеса для различных вариантов технологии закалки;- figure 1 shows the location of the zones of assessment and comparison of the stress-strain state in the radial section of the railway wheel for various variants of hardening technology;

- на фиг.2 показано типичное распределение температур в радиальном сечении железнодорожного колеса в момент завершения закалки (см. табл.).- figure 2 shows a typical temperature distribution in the radial section of the railway wheel at the time of completion of quenching (see table.).

Обод колеса (см. фиг.1) в радиальном сечении разделен на следующие зоны: 1 - поверхность катания, 2 - зона под поверхностью катания на глубине 10-20 мм, 3 - вершина гребня, 4 - основание гребня, 5 - середина внутренней боковой стороны обода, 6 - угол обода с внутренней стороны, 7 - зона вблизи перехода от обода к диску, 8 - угол с внешней стороны обода у поверхности катания, 9 - середина внешней боковой стороны обода, 10 - угол обода с внешней стороны.The wheel rim (see Fig. 1) in radial section is divided into the following zones: 1 - skating surface, 2 - zone under the skating surface at a depth of 10-20 mm, 3 - crest top, 4 - crest base, 5 - middle of the inner side side of the rim, 6 - the rim angle from the inside, 7 - the zone near the transition from the rim to the disk, 8 - the angle from the outside of the rim at the tread surface, 9 - the middle of the outer side of the rim, 10 - the rim angle from the outside.

Материал в указанных зонах отличается структурным состоянием, значениями температуры, скоростей охлаждения, напряжений и деформаций в процессе и после закалки.The material in these zones differs in the structural state, values of temperature, cooling rates, stresses and strains during and after quenching.

Кроме того, в описании изобретения даны 3 таблицы. В таблицах для указанных зон после закалки представлены следующие параметры:In addition, 3 tables are given in the description of the invention. In the tables for the indicated zones after quenching, the following parameters are presented:

Б - содержание закалочной структуры бейнита, %;B - the content of the hardening structure of bainite,%;

М - содержание закалочной структуры мартенсита, %;M is the content of the quenching structure of martensite,%;

НВ - твердость по Бринеллю, МПа;HB - Brinell hardness, MPa;

σr, σo и σθ - соответственно радиальные, осевые и окружные напряжения, МПа;σ r , σ o and σ θ are respectively radial, axial and circumferential stresses, MPa;

σi - интенсивность напряжений, МПа;σ i - stress intensity, MPa;

εiпл - интенсивность пластических деформаций, %.ε i PL - the intensity of plastic deformation,%.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Колесо целиком нагревается до температуры аустенизации Ас3+(30-50)°С, и производится выравнивание температуры внутренних и поверхностных зон обода. Далее по разработанной методике производится термическое упрочнение обода интенсивным охлаждением и отпуск колеса.The essence of the proposed method is as follows. The wheel is completely heated to the austenization temperature Ac 3 + (30-50) ° C, and the temperature of the inner and surface zones of the rim is equalized. Further, according to the developed method, thermal hardening of the rim by intensive cooling and wheel tempering are carried out.

Упрочнение производится при постепенном увеличении интенсивности охлаждения с поверхностей обода колеса от нуля до максимального значения, которое соответствует 2-3 Вт / (см2·с), по линейному или нелинейному закону в течение 50-100 секунд с последующим охлаждением обода при максимальной интенсивности охлаждения в течение 40-300 секунд. Время изменения интенсивности охлаждения определяет величину и характер распределения напряжений во всем объеме колеса в момент окончания упрочнения.Hardening is carried out with a gradual increase in the cooling intensity from the surface of the wheel rim from zero to a maximum value that corresponds to 2-3 W / (cm 2 · s), according to a linear or nonlinear law, for 50-100 seconds, followed by cooling of the rim at the maximum cooling intensity for 40-300 seconds. The time of change in the cooling intensity determines the magnitude and nature of the stress distribution in the entire volume of the wheel at the time of hardening.

Методами имитационного, компьютерного моделирования, прошедшими необходимую аттестацию и верификацию, были выполнены сравнительные расчеты указанных выше параметров в момент окончания упрочнения для способа, выбранного в качестве прототипа (см. таблицу 1), и заявляемого способа для различного времени нарастания интенсивности охлаждения (см. таблицы 2 и 3).Comparative calculations of the above parameters at the end of hardening for the method chosen as a prototype (see table 1) and the inventive method for different time of rise of the cooling intensity (see tables) were carried out by simulation and computer simulation methods that passed the necessary certification and verification. 2 and 3).

Таблица 1
Время закалки 160 с, интенсивность охлаждения постоянная и соответствует максимальному значению 2-3 Вт/(см2·с)
Table 1
Hardening time 160 s, the cooling rate is constant and corresponds to the maximum value of 2-3 W / (cm 2 · s)
№ зонZone number М, %M% НВ, МПаHB, MPa σr, МПаσ r , MPa σ0, МПаσ 0 , MPa σθ, МПаσ θ , MPa σi, МПаσ i , MPa εiпл, %ε i pl ,% 1one до 97up to 97 60706070 ~0~ 0 -1700-1700 -1800-1800 17501750 1,61,6 22 -- 35503550 ~0~ 0 429429 483483 400400 ~0~ 0 33 до 97up to 97 62006200 179179 -850-850 -1300-1300 13001300 0,70.7 4four -- 39203920 617617 -179-179 711711 850850 ~0~ 0 55 до 97up to 97 60706070 -570-570 ~0~ 0 483483 14501450 0,70.7 66 до 97up to 97 60706070 -900-900 ~0~ 0 254254 900900 0,50.5 77 -- 32003200 -40-40 -179-179 254254 4141 ~0~ 0 88 -- 60706070 -0-0 214214 480480 14501450 0,80.8 99 до 97up to 97 60706070 400400 ~0~ 0 480480 14501450 1,61,6 1010 до 97up to 97 60706070 ~0~ 0 ~0~ 0 480480 11001100 1,01,0

Таблица 2
Время закалки 160 с, интенсивность охлаждения возрастает от 0 до максимального значения 2-3 Вт/(см2·с) за 40 с
table 2
Hardening time 160 s, cooling rate increases from 0 to a maximum value of 2-3 W / (cm 2 · s) for 40 s
№ зонZone number М, %M% НВ, МПаHB, MPa σr, МПаσ r , MPa σо, МПаσ about , MPa σθ, МПаσ θ , MPa σi, МПаσ i , MPa εiпл, %ε i pl ,% 1one до 35up to 35 51005100 ~0~ 0 -700-700 -550-550 630630 0,0080.008 22 00 33003300 ~0~ 0 470470 315315 450450 ~0~ 0 33 до 49up to 49 55005500 ~0~ 0 ~0~ 0 -340-340 350350 0,080.08 4four 00 36003600 280280 ~0~ 0 650650 540540 ~0~ 0 55 до 21up to 21 48004800 -620-620 ~0~ 0 -200-200 540540 ~0~ 0 66 до 11until 11 48004800 -210-210 ~0~ 0 -200-200 270270 ~0~ 0 77 00 33003300 ~0~ 0 ~0~ 0 -120-120 170170 0,020.02 88 до 55up to 55 55005500 120120 8080 -300-300 360360 0,0080.008 99 до 25up to 25 51005100 -700-700 ~0~ 0 -120-120 540540 0,0080.008 1010 до 25up to 25 48004800 ~0~ 0 ~0~ 0 -120-120 200200 ~0~ 0

Таблица 3
Время закалки 160 с, интенсивность охлаждения возрастает от 0 до максимального значения 2-3 Вт/(см2·с) за 60 с
Table 3
Hardening time 160 s, cooling rate increases from 0 to a maximum value of 2-3 W / (cm 2 · s) for 60 s
№ зонZone number М, %M% НВ, МПаHB, MPa σr, МПаσ r , MPa σо, МПаσ about , MPa σθ, Мпаσ θ , MPa σi, МПаσ i , MPa εiПЛ, %ε i PL ,% 1one до 18before 18 49004900 ~0~ 0 -430-430 -240-240 280280 0,020.02 22 ~0~ 0 35003500 ~0~ 0 390390 300300 390390 ~0~ 0 33 до 30up to 30 49004900 ~0~ 0 -100-one hundred -80-80 119119 0,020.02 4four ~0~ 0 35003500 320320 ~0~ 0 600600 550550 ~0~ 0 55 ~0~ 0 43004300 ~517~ 517 00 -100-one hundred 500500 ~0~ 0 66 ~0~ 0 43004300 ~150~ 150 00 -100-one hundred 220220 ~0~ 0 77 ~0~ 0 32003200 ~0~ 0 ~0~ 0 -100-one hundred 120120 0,020.02 88 до 36up to 36 53005300 ~0~ 0 -200-200 -100-one hundred 120120 0,020.02 99 ~0~ 0 46004600 -500-500 ~0~ 0 -100-one hundred 550550 0,020.02 1010 ~0~ 0 46004600 -160-160 ~0~ 0 140140 280280 ~0~ 0

Сравнивая величины параметров, приведенных в таблицах 1-3, можно сделать вывод о том, что во всех рабочих (контактирующих с рельсом) зонах обода колеса при увеличении времени нарастания интенсивности охлаждения:Comparing the values of the parameters given in tables 1-3, we can conclude that in all working (contacting with the rail) zones of the wheel rim with an increase in the rise time of the cooling intensity:

- растягивающие напряжения в момент окончания охлаждения снижаются в несколько раз;- tensile stresses at the end of cooling are reduced several times;

- количество мартенсита в гребне обода, подверженном наиболее интенсивному износу, снижается от 97% до значений в отдельных зонах от 0% до 30%;- the amount of martensite in the crest of the rim, subject to the most intense wear, decreases from 97% to values in individual zones from 0% to 30%;

- интенсивность пластических деформаций снижается с 1,6% почти до 0.- the intensity of plastic deformations decreases from 1.6% to almost 0.

Как показали расчеты, в заявляемом способе для достижения наибольшей эффективности рекомендуется выбирать значение времени нарастания интенсивности охлаждения в интервале от 50 до 100 секунд. Дальнейшее увеличение времени нарастания интенсивности охлаждения нецелесообразно в связи со снижением твердости и механических характеристик металла обода колеса.As calculations showed, in the inventive method, in order to achieve the greatest efficiency, it is recommended to choose the value of the rise time of the cooling intensity in the range from 50 to 100 seconds. A further increase in the rise time of the cooling intensity is impractical due to a decrease in the hardness and mechanical characteristics of the metal of the wheel rim.

Claims (1)

Способ термического упрочнения железнодорожных колес из стали с содержанием углерода не менее 0,60 мас.%, включающий нагрев колеса до температуры аустенизации Ас3+(30-50)°С, выравнивание температуры внутренних и поверхностных зон обода, термическое упрочнение обода интенсивным охлаждением и отпуск колеса, отличающийся тем, что с момента начала охлаждения за 50-100 с осуществляют постепенное увеличение интенсивности охлаждения поверхности катания, гребня и боковых поверхностей обода по всей их высоте от 0 до 2-3 Вт/(см2·с), а затем охлаждение продолжают в течение 40-300 с с постоянной интенсивностью охлаждения указанных поверхностей обода, равной 2-3 Вт/(см2·с), для обеспечения упрочнения во всем объеме обода колеса. The method of thermal hardening of railway wheels made of steel with a carbon content of at least 0.60 wt.%, Including heating the wheel to austenization temperature Ac 3 + (30-50) ° C, aligning the temperature of the inner and surface zones of the rim, hardening the rim by intensive cooling and wheel tempering, characterized in that from the moment the cooling starts for 50-100 s, a gradual increase in the cooling intensity of the skating surface, ridge and side surfaces of the rim along their entire height from 0 to 2-3 W / (cm 2 · s), and then cooling pro should be kept for 40-300 s with a constant cooling rate of the indicated rim surfaces equal to 2-3 W / (cm 2 · s), to ensure hardening in the entire volume of the wheel rim.
RU2007135856/02A 2007-09-28 2007-09-28 Method of thermal strengthening of railway wheels RU2353672C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135856/02A RU2353672C1 (en) 2007-09-28 2007-09-28 Method of thermal strengthening of railway wheels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135856/02A RU2353672C1 (en) 2007-09-28 2007-09-28 Method of thermal strengthening of railway wheels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2353672C1 true RU2353672C1 (en) 2009-04-27

Family

ID=41018999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007135856/02A RU2353672C1 (en) 2007-09-28 2007-09-28 Method of thermal strengthening of railway wheels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2353672C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115386714A (en) * 2022-08-30 2022-11-25 马鞍山钢铁股份有限公司 Wheel heat treatment method for improving performance of rim of train wheel

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115386714A (en) * 2022-08-30 2022-11-25 马鞍山钢铁股份有限公司 Wheel heat treatment method for improving performance of rim of train wheel
CN115386714B (en) * 2022-08-30 2023-06-16 马鞍山钢铁股份有限公司 Wheel heat treatment method for improving performance of train wheel rim

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104060075B (en) Improve the heat treatment method of rail hardening layer depth
RU2016100168A (en) STEEL RAIL OF HIGH IMPACT VISCOSITY AND METHOD OF ITS PRODUCTION
AU2008265498B2 (en) Treatment of railway wheels
JPS6299438A (en) Wear-resistant high-efficiency rail having instable fracture propagation stopping capacity
KR100935113B1 (en) Rapid air cooling apparatus for heat treatment
WO2018103079A1 (en) Heat treatment process for increasing resilience of bearing steel
CN110951943A (en) Baimamu multiphase steel rail and heat treatment method thereof
RU2272080C2 (en) Method of the thermal treatment of the rails
RU2353672C1 (en) Method of thermal strengthening of railway wheels
CN104233315A (en) Technology for preventing grinding crack of carburizing camshaft
CN106222365A (en) A kind of Wear-resistant Treatment technique improving transmission line hardware
CN108746206A (en) With the method for high-carbon low-alloy steel continuous cast round billets Rolling Production quartering hammer piston rod steel
RU2632507C1 (en) Method of heat treatment of whole-rolled railway wheels
CN102021302A (en) Thermal treatment method of high-carbon steel railway wheel
CN101921901A (en) Heat processing method of high-carbon chromium bearing steel bearing part
JP2009203522A (en) Method for manufacturing race ring of rolling bearing
CN114410947B (en) Efficient heat treatment process for carburized driven gear blank for railway locomotive
CN104561497A (en) Turnout rail manufacturing method
US20240049829A1 (en) Face guard for use in ball game and method for making the same
RU2612479C1 (en) Device for rim cooling during thermohardening of rail wheels
CN106498131A (en) A kind of heat treatment method of high intensity ZG40Mn2 material
CN106636570A (en) Heat treatment method for repairing of carburization pin bush
RU2639082C1 (en) Method of thermal processing of moulded parts from low-carbon alloyed steels
SU1082843A1 (en) Method for heat treatment of rails
JPS589929A (en) Heat treatment for roll die for cold pilger rolling mill

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110929