RU2380208C1

RU2380208C1 - Method for restoration of worn surfaces of block journals of wheel set axles in rolling stock and track machines

Info

Publication number: RU2380208C1
Application number: RU2008135507/02A
Authority: RU
Inventors: Валерий Петрович Казьмин (RU); Валерий Петрович Казьмин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-01-27

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention is related to method for restoration of worn surfaces of block journals of wheel set axles in rolling stock and track machines. Worn surface is turned for sputtering to depth of 0.9-1.0 mm. Oil-lubricated turned surface of journal is rolled by roller with its impression into journal metal with force of impression that makes 0.5-0.6 mm per side. Rolled and neighboring surfaces of journal are degreased, and fine thread is cut. Then electric arc metallization is carried out by sputtering by means of spraying of liquid metal drops into finest particles under pressure of compressed gas 0.55-0.60 MPa and their sputtering onto prepared surface of journal. Sputtering is carried out with distance of the first sputtering pass equal to 115-120 mm, and for all subsequent passes - 145-150 mm. Produced sputtered layer is turned down to its rated size.

EFFECT: production of restored axle journals with a specified endurance limit, with higher strength characteristics of coating with simultaneous improvement of sputtering efficiency and reduction of cost for sputtering.

3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, в частности к восстановлению изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар вагонного, локомотивного, электроподвижного составов и путевых машин способом электродуговой металлизации напылением.The invention relates to railway rolling stock, in particular to the restoration of worn surfaces of axlebox axles of the axles of wheel sets of wagon, locomotive, electric rolling stock and track machines by electric arc spraying.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей шеек осей колесных пар подвижного состава путем лазерной наплавки, в котором изношенную поверхность шейки оси обезжиривают, подвергают механической обработке, затем осуществляют лазерную наплавку с подачей наплавочного порошка через сопло и шлифование, при этом металл изношенной поверхности шейки перед наплавкой термостатируют, а лазерную наплавку проводят при мощности лазера не менее 1,5 кВт, диаметре лазерного луча не менее 1,5 мм при подаче прокаленного наплавочного порошка со скоростью от 0,1 г/с и более, при угле наклона сопла относительно вертикальной оси луча лазера 35-45°, при этом при наплавке наложение валиков друг на друга осуществляют с коэффициентом перекрытия 0,5-0,7 с последующей их термообработкой (Патент RU №2107598, В23К 26/00, 1998).A known method of restoring worn surfaces of the necks of the axles of the wheelsets of the rolling stock by laser surfacing, in which the worn surface of the necks of the axle is degreased, machined, then laser welding is performed by feeding the surfacing powder through the nozzle and grinding, thermostat is thermostated before surfacing, and laser surfacing is carried out with a laser power of at least 1.5 kW, a laser beam diameter of at least 1.5 mm when a calcined surfacing powder is supplied with at a speed of 0.1 g / s or more, with an angle of inclination of the nozzle relative to the vertical axis of the laser beam of 35-45 °, while applying surfacing, the rollers are applied to each other with an overlap coefficient of 0.5-0.7 with subsequent heat treatment ( Patent RU No. 2107598, B23K 26/00, 1998).

Данный способ обеспечивает получение необходимой структуры наплавленного материала, обладающего высокой износостойкостью. Недостатками данного способа являются сложность аппаратурного оформления и низкая производительность наплавки при глубинах износа поверхности шеек более 0,7 мм.This method provides the necessary structure of the deposited material with high wear resistance. The disadvantages of this method are the complexity of the hardware design and low productivity of surfacing with depths of wear of the surface of the necks of more than 0.7 mm

Известен также электроимпульсный метод восстановления буксовых шеек вагонных осей колесных пар, включающий подготовку изношенной поверхности буксовой шейки оси, наращивание слоевого покрытия с использованием стального электрода, материал которого переносится на обрабатываемую поверхность шейки оси и формирует слой с прочностью, сопоставимой с прочностью материала оси, и последующее пластическое деформирование нанесенного слоя путем обкатки роликами (В.Я.Шаровский. Электроимпульсный метод восстановления осей колесных пар // Вагоны и вагонное хозяйство, 2006, №32, с.38).Also known is the electropulse method for restoring axlebox necks of carriage axles of wheelsets, including preparing a worn axle axle axle surface, building up a layer coating using a steel electrode, the material of which is transferred to the machined axle neck surface and forms a layer with a strength comparable to the axle material strength, and the subsequent plastic deformation of the applied layer by rolling by rollers (V.Ya. Sharovsky. Electropulse method of restoration of axles of wheel sets // Wagons and carriage facilities, 2006, No. 32, p. 38).

Известный способ используют для восстановления буксовых шеек только с прямым конусом, поскольку при его осуществлении происходит повторение геометрии изношенной поверхности, что ограничивает возможности способа и позволяет восстанавливать изношенные поверхности шеек только глубиной до 0,5 мм на диаметр.The known method is used to restore the axlebox necks only with a straight cone, since when it is implemented, the geometry of the worn surface is repeated, which limits the possibilities of the method and allows you to restore worn surfaces of the necks only to a depth of 0.5 mm per diameter.

Наиболее близким техническим решением является способ восстановления изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар электродуговой металлизацией напылением. Способ включает подготовку изношенной поверхности буксовой шейки оси (далее шейка): проточку поверхности под напыление на глубину 0,9-1,0 мм, ее накатывание, обезжиривание накатанной и близлежащих поверхностей шейки, нарезание мелкой резьбы; электродуговую металлизацию напылением, которую проводят распылением на подготовленную поверхность расплавленных металлических частиц со скоростью до 150 м/с, что соответствует давлению сжатого газа-воздуха 0,55 МПа, проточку полученного напыленного слоя до номинального размера (Казьмин В.П., Берзин М.М. и др. Восстановление шеек осей колесных пар напылением // Железнодорожный транспорт, 2002, №1, с.46-49).The closest technical solution is a method of restoring worn surfaces of axlebox axles of axles of wheelsets by electric arc spray metallization. The method includes preparing a worn surface of the axle box journal neck (hereinafter the neck): grooving the surface for spraying to a depth of 0.9-1.0 mm, rolling it, degreasing the rolled and adjacent surfaces of the neck, cutting small threads; electric arc metallization by spraying, which is carried out by spraying molten metal particles at a speed of up to 150 m / s onto a prepared surface, which corresponds to a pressure of compressed gas-air of 0.55 MPa, a groove of the obtained sprayed layer to a nominal size (Kazmin V.P., Berzin M. M. and others. Restoration of the necks of the axles of the wheelsets by spraying // Railway transport, 2002, No. 1, p. 46-49).

При осуществлении данного способа на практике дистанция напыления первого прохода составляет 130 мм и последующих проходов - 160 мм.When implementing this method in practice, the spraying distance of the first pass is 130 mm and the subsequent passes are 160 mm.

Недостатком данного способа является высокое удельное усилие накатывания подготавливаемой поверхности специальным накатным роликом с вдавливанием его в шейку оси на величину 0,8 мм на сторону, которое приводит к шелушению поверхностного слоя металла шейки оси из-за его переупрочнения, что не только понижает адгезионную прочность напыляемого покрытия, но может привести и к понижению усталостной прочности восстанавливаемой шейки оси. Относительно большая дистанция напыления первого прохода на расстоянии 130 мм и последующих проходов на расстоянии напыления 160 мм обуславливает недостаточно высокую производительность напыления и недостаточно высокую адгезионно-когезионную прочность покрытия, поскольку частицы успевают остыть и в результате им не хватает тепловой и кинетической энергии для создания покрытия с необходимыми прочностными характеристиками, при этом также имеется большой отсев «холодных» частиц, не сумевших закрепиться на восстанавливаемой поверхности.The disadvantage of this method is the high specific force of rolling the prepared surface with a special rolling roller with it being pressed into the neck of the axis by 0.8 mm per side, which leads to peeling of the surface layer of the metal of the neck of the axis due to its re-hardening, which not only reduces the adhesive strength of the sprayed coating, but can also lead to a decrease in the fatigue strength of the restored axle neck. The relatively large spraying distance of the first pass at a distance of 130 mm and subsequent passages at a spraying distance of 160 mm leads to insufficiently high spraying performance and insufficiently high adhesion-cohesive strength of the coating, because the particles have time to cool down and as a result they lack thermal and kinetic energy to create a coating with necessary strength characteristics, while there is also a large screening of “cold” particles that have failed to gain a foothold on the surface being restored .

Техническим результатом заявленного способа является получение восстанавливаемых шеек осей с необходимым пределом выносливости, с более высокими прочностными характеристиками покрытия при одновременном повышении производительности напыления и уменьшении расходов на напыление.The technical result of the claimed method is to obtain restored axle necks with the necessary endurance limit, with higher strength characteristics of the coating while increasing the spraying performance and reducing spraying costs.

Указанный технический результат достигается в способе восстановления изношенных поверхностей буксовых шеек осей колесных пар подвижного состава и путевых машин, включающем проточку под напыление изношенной поверхности шейки на глубину 0,9-1,0 мм, накатывание смазанной маслом проточенной поверхности шейки роликом с вдавливанием его в металл шейки на глубину 0,5-0,6 мм на сторону, обезжиривание накатанной и близлежащих поверхностей шейки, нарезание мелкой резьбы, электродуговую металлизацию напылением, которую проводят путем распыления капель жидкого металла на мельчайшие частицы под давлением сжатого газа и напыление их на подготовленную поверхность шейки при дистанции первого прохода напыления, равной 115-120 мм, а всех последующих проходов - 145-150 мм, при этом распыление капель жидкого металла на мельчайшие частицы осуществляют при давлении сжатого газа 0,55-60 МПа, проточку полученного напыленного слоя до его номинального размера.The specified technical result is achieved in the method of restoring worn surfaces of axle boxes of the axles of the wheelsets of rolling stock and track machines, which includes a groove for spraying the worn surface of the neck to a depth of 0.9-1.0 mm, rolling a lubricated grooved surface of the neck with a roller and pressing it into metal the neck to a depth of 0.5-0.6 mm per side, degreasing the knurled and nearby surfaces of the neck, cutting small threads, electric arc spray metallization, which is carried out by spraying spruce of liquid metal into the smallest particles under pressure of compressed gas and spraying them onto the prepared neck surface at a distance of the first pass of spraying equal to 115-120 mm, and of all subsequent passes - 145-150 mm, while spraying drops of liquid metal into the smallest particles is carried out at the pressure of the compressed gas is 0.55-60 MPa, the groove of the obtained sprayed layer to its nominal size.

В качестве сжатого газа используют воздух, диоксид углерода, отработанные газы двигателя внутреннего сгорания, азот, инертные газы.As compressed gas, air, carbon dioxide, exhaust gases of an internal combustion engine, nitrogen, inert gases are used.

В качестве инертного газа используют аргон.Argon is used as an inert gas.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Ось колесной пары или всю колесную пару в сборе, имеющую изношенные буксовые шейки, устанавливают на участке металлизации в центры соответствующего станка, на котором производят процесс подготовки изношенной поверхности буксовой шейки, ее напыление и проточку напыленного слоя до его номинальной толщины.The axle of the wheelset or the entire wheelset assembly having worn axle boxes is installed on the metallization site in the centers of the corresponding machine, on which the process of preparing the worn surface of the axle ring, its spraying and the groove of the sprayed layer to its nominal thickness are carried out.

Проточку изношенной поверхности шейки осуществляют на глубину 0,9-1,0 мм до начала разгружающей канавки. После проточки проводят упрочняющее накатывание проточенной и смазанной маслом поверхности специальным роликом с вдавливанием его в шейку оси на глубину 0,5-0,6 мм на сторону. Затем обезжиривают накатанную и близлежащие поверхностей шейки и нарезают мелкую резьбу.The groove of the worn surface of the neck is carried out to a depth of 0.9-1.0 mm before the start of the discharge groove. After the grooving, reinforcing rolling of the machined and greased surface is carried out with a special roller with its indentation into the neck of the axis to a depth of 0.5-0.6 mm to the side. Then knurled and adjacent surfaces of the neck are degreased and small threads are cut.

Электродуговую металлизацию напылением осуществляют следующим образом.Arc spray metallization is as follows.

В резцедержателе суппорта станка устанавливают металлизатор, с помощью которого производится напыление проволочного материала, причем дистанция напыления первого прохода (расстояние от места образования дуги между двумя проволоками до напыляемой шейки оси) равна 115-120 мм, всех последующих проходов - 145-150 мм.A metalizer is installed in the tool holder of the machine support, with which the wire material is sprayed, and the distance of the spraying of the first pass (the distance from the place of arc formation between the two wires to the sprayed neck of the axis) is 115-120 mm, all subsequent passes are 145-150 mm.

Образовавшаяся металлогазовая струя ударяет в подготовленную шероховатую поверхность детали, на которой частицы жидкого металла закрепляются в неровностях и остывают, образуя прочное металлическое покрытие. Соединение покрытия с основой и частиц металла в слое между собой носит механический характер. Это так называемое «холодное напыление».The resulting metal-gas jet strikes the prepared rough surface of the part, on which the particles of liquid metal are fixed in irregularities and cool, forming a durable metal coating. The connection of the coating with the base and metal particles in the layer between them is mechanical. This is the so-called "cold spraying."

Температура нагрева покрытия в процессе напыления не должна превышать 80°С во избежание трещинообразования покрытия после полного остывания напыленной шейки оси. В качестве сжатого газа может быть использован воздух, диоксид углерода, отработанные газы двигателя внутреннего сгорания, азот, инертные газы, преимущественно аргон.The heating temperature of the coating during spraying should not exceed 80 ° C in order to avoid cracking of the coating after the spray axis neck is completely cooled. As compressed gas, air, carbon dioxide, exhaust gases of an internal combustion engine, nitrogen, inert gases, mainly argon, can be used.

Во время продольного перемещения металлизатора, закрепленного в резцедержателе станочного суппорта, за первый проход наносится слой 0,4 мм толщиной, за последующие пять проходов - по 0,3 мм. Для получения покрытия толщиной 1,9 мм на сторону, что несколько выше номинальной, производят 6 проходов. После чего проводят проточку напыленного слоя до его номинальной толщины - 1 мм на сторону.During the longitudinal movement of the metallizer, fixed in the tool holder of the machine support, a layer of 0.4 mm thickness is applied for the first pass, for the next five passes - 0.3 mm each. To obtain a coating with a thickness of 1.9 mm per side, which is slightly higher than the nominal, 6 passes are made. Then spend the groove of the sprayed layer to its nominal thickness of 1 mm per side.

В таблице представлены данные по количеству проходов напыления и дистанции напыления при получении общей толщины слоя 1,9 мм на сторону по известному и предложенному способам.The table presents data on the number of spraying passes and the spraying distance upon receipt of a total layer thickness of 1.9 mm per side according to the known and proposed methods.

Толщина слоя 1,9 мм является минимальной для того, чтобы после проточки рабочая толщина слоя составляла 1 мм на сторону. При этом напыление большей толщины слоя за один проход приводит к появлению «горячих» или «холодных» трещин, что является дефектом покрытия.A layer thickness of 1.9 mm is minimal so that after grooving the working layer thickness is 1 mm per side. In this case, spraying a larger layer thickness in one pass leads to the appearance of “hot” or “cold” cracks, which is a coating defect.

ТаблицаTable Количество проходовNumber of passes Дистанция напыления каждого прохода, ммSpraying distance of each pass, mm Толщина слоя напыления за один проход, ммSpraying layer thickness in one pass, mm Известный способKnown method Предложенный способProposed method Известный способKnown method Предложенный способProposed method 1one 130130 120120 0,30.3 0,40.4 22 160160 150150 0,20.2 0,30.3 33 160160 150150 0,20.2 0,30.3 4four 160160 150150 0,20.2 0,30.3 55 160160 150150 0,20.2 0,30.3 66 160160 150150 0,20.2 0,30.3 77 160160 0,20.2 88 160160 0,20.2 99 160160 0,20.2 Толщина покрытия на сторону, ммCoating thickness per side, mm 1,91.9 1,91.9

Из данных таблицы следует, что общее количество проходов для получения слоя толщиной 1,9 мм на сторону снизилось с 9 до 6, то есть производительность напыления возросла на 33%. При этом повысилась адгезионно-когезионная прочность покрытия за счет образования большей массы «горячих» частиц, т.е. большего количества частиц, имеющих в окружающей их пленке окислов жидкого металла, а также частиц, находящихся в высокопластичном состоянии, что в сумме приводит к образованию более плотного покрытия. Следовательно, при напылении проволоки определенного химического состава (в данном случае марки проволоки 30ХГСА) при оптимальных дистанциях напыления 120/150 мм (первый и последующие проходы) напыленное покрытие имеет более высокие эксплуатационные характеристики при увеличении коэффициента использования материала напыления, т.е. увеличивается производительность напыления с одновременным уменьшением расходов для напыления на 33%.From the table it follows that the total number of passes to obtain a layer with a thickness of 1.9 mm per side decreased from 9 to 6, that is, the spraying performance increased by 33%. At the same time, the adhesive-cohesive strength of the coating increased due to the formation of a larger mass of “hot” particles, i.e. more particles having liquid metal oxides in their surrounding film, as well as particles in a highly plastic state, which in total leads to the formation of a denser coating. Consequently, when spraying a wire of a certain chemical composition (in this case, wire grade 30KhGSA) at optimal spraying distances of 120/150 mm (first and subsequent passes), the sprayed coating has higher performance with an increase in the utilization rate of the spraying material, i.e. increased spraying performance while reducing spraying costs by 33%.

Кроме того, уменьшение усилия накатывания роликом во время подготовки поверхности (0,6 мм вместо 0,8 на сторону) приводит к увеличению адгезионной прочности напыляемого покрытия из-за отсутствия шелушения накатываемой поверхности при гарантированном сохранении предела выносливости восстанавливаемой буксовой шейки оси.In addition, a decrease in the rolling force of the roller during surface preparation (0.6 mm instead of 0.8 per side) leads to an increase in the adhesive strength of the sprayed coating due to the absence of peeling of the rolled surface while ensuring the endurance limit of the axle axle being restored.

Claims

1. A method of restoring worn surfaces of axle boxes of axles of axles of rolling stock and track machines, including grooving a worn surface for spraying to a depth of 0.9-1.0 mm, rolling a grooved surface of the neck with a grease, using a roller and pressing it into the neck metal, degreasing the rolled and nearby surfaces of the neck, cutting small threads and subsequent electric arc metallization by spraying, which is carried out by spraying drops of liquid metal into the smallest particles under pressure of compressed ha and spraying them onto the prepared surface of the neck, grooving the resulting sprayed layer to its nominal size, characterized in that the rolled surface is rolled with an indenting force of 0.5-0.6 mm per side, and the spraying is carried out at a distance of the first spraying pass equal to 115-120 mm, and all subsequent passes - 145-150 mm, while spraying drops of liquid metal into the smallest particles is carried out at a pressure of compressed gas of 0.55-60 MPa.

2. The method according to claim 1, characterized in that air, carbon dioxide, exhaust gases of an internal combustion engine, nitrogen, inert gases are used as compressed gas.

3. The method according to claim 2, characterized in that argon is used as an inert gas.