RU2636777C1 - Способ термической обработки железнодорожных колес - Google Patents
Способ термической обработки железнодорожных колес Download PDFInfo
- Publication number
- RU2636777C1 RU2636777C1 RU2016151520A RU2016151520A RU2636777C1 RU 2636777 C1 RU2636777 C1 RU 2636777C1 RU 2016151520 A RU2016151520 A RU 2016151520A RU 2016151520 A RU2016151520 A RU 2016151520A RU 2636777 C1 RU2636777 C1 RU 2636777C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheel
- rim
- railway
- quenching medium
- railway wheel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке цельнокатаных железнодорожных колес. Для улучшения механических и эксплуатационных свойств железнодорожное колесо нагревают до температуры аустенизации, погружают его в закалочный бак на глубину до точки начала перехода обода в диск и охлаждают при одновременном вращении железнодорожного колеса, затем проводят отпуск при температуре 450-550°C, причем температура закалочной среды в баке составляет 15-30°C, процесс закалки длится 100-250 с, а вращают колесо с частотой 90-150 об/мин. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке железнодорожных колес.
Одним из основных требований, предъявляемых к колесам для железнодорожного транспорта, является высокая износостойкость и прочность обода, которая должна сохраняться даже после многократных обточек колеса. Для выполнения этого требования необходимо получать равномерную и однородную структуру материала по толщине обода. Процесс формирования микроструктуры в ободной части колеса, главным образом, зависит от условий закалки, в частности от скорости охлаждения железнодорожных колес.
Из литературы известен способ термической обработки железнодорожных колес включающий нагрев колеса под закалку до 850-870°С, последующую выдержку в течение 3-5 часов, закалку ободной части и последующий отпуск при температуре 450-550°С, с последующей выдержкой в течение 2-3 часов для снятия внутренних напряжений, возникших в железнодорожном колесе (Г.А. Бибик, А.М. Иоффе, А.В. Праздников, М.И. Старосельский, «Производство железнодорожных колес», М.: «Металлургия», 1982 г., стр. 157).
Известен способ термической обработки железнодорожных колес (патент US 3154441, опубл. 27.10.1964, МПК C21D 9/34), в соответствии с которым железнодорожное колесо перед закалкой подвешивают вертикально на крюках, затем нагревают в конвейерных проходных печах, либо в печах с подвижным шагающим подом. Обод колеса закаливают в вертикальном положении при одновременном вращении колеса, посредством распыления воды через форсунки (спрейеры) на поверхность катания в течение 2-х минут с расходом 10 галлонов в минуту (37,85 литров в минуту). Через 5-15 секунд после начала закалки обода колеса начинают охлаждать диск колеса посредством подачи воды через форсунки (спрейеры) на поверхность диска колеса в течение 5-ти минут с расходом 10 галлонов в минуту (37,85 литров в минуту). Затем производят отпуск железнодорожных колес, осуществляемый в печах, аналогичных печам, используемым для нагрева под закалку. После отпуска производят регулируемое охлаждение, являющееся обязательной операцией для описываемого способа термической обработки железнодорожных колес.
Технической проблемой, присущей данному техническому решению, является:
- формирование неблагоприятной системы остаточных внутренних местных напряжений в месте перехода обод-диск при последовательном охлаждении сначала обода, а затем диска, что не обеспечивает высокую эксплуатационную долговечность железнодорожных колес;
- использование форсунок, распыляющих воду на поверхность железнодорожного колеса, обеспечивает охлаждение поверхности водой посредством направленной струи, что не гарантирует охватывание всей поверхности обода колеса и равномерного распределения воды по ней, таким образом, одна часть обода смачивается больше другой, что приводит к неравномерной теплоотдаче от поверхности обода колеса и не обеспечивает равномерного распределения необходимых свойств материала обода железнодорожного колеса, что не позволяет получить высокую твердость и прочность обода;
- возможность засорения одной или нескольких форсунок, что не обеспечивает равномерного охлаждения обода и диска железнодорожного колеса.
Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение механических свойств (прочность, твердость, ударная вязкость) и эксплуатационных свойств (износостойкость, трещиностойкость) железнодорожных колес.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе термической обработки железнодорожных колес, включающем в себя нагрев железнодорожных колес до температуры аустенизации, вращение железнодорожных колес с одновременным охлаждением ободьев железнодорожных колес закалочной средой и последующий отпуск, согласно настоящему изобретению железнодорожное колесо погружают в закалочную среду, находящуюся в закалочном баке, на глубину до точки начала перехода обода железнодорожного колеса в его диск, где обод железнодорожного колеса закаляют при температуре закалочной среды 15-30°С, затем проводят отпуск железнодорожного колеса при температуре 450-550°С. В качестве закалочной среды может быть использована, например, проточная вода или другая жидкость, имеющие схожие свойства теплопередачи и обеспечивающая указанные параметры охлаждения. Объемный расход воды в закалочном баке 0,03-0,1 м3/мин. Скорость вращения железнодорожного колеса находится в интервале 90-150 об/мин, время процесса закалки составляет 100-250 с.
Погружение железнодорожного колеса в закалочный бак на глубину до точки начала перехода обода в его диск обеспечивает достаточное и равномерное охлаждение по всей поверхности обода, способствующее формированию однородной структуры в разных слоях по глубине обода. При этом формируется благоприятная система остаточных напряжений в месте перехода обод-диск, препятствующая образованию и росту трещин.
Параметры объемного расхода воды 0,03-0,1 м3/мин и температура закалочной среды 15-30°С обеспечивают необходимую интенсивность (скорость) охлаждения обода 3-10°С/с на глубине 5 мм от поверхности катания и интенсивность (скорость) 2-3°С/с на глубине 30 мм от поверхности катания железнодорожного колеса.
При скорости вращения колеса в интервале 90-150 об/мин достигается наиболее плавное и равномерное охлаждение каждой точки по периметру обода колеса во времени, обеспечивается необходимое смачивание холодными, не нагретыми потоками закалочной среды, например проточной воды, всех поверхностей (поверхность катания, торцы) обода. При этом вращение железнодорожного колеса со скоростью 90-150 об/мин позволяет исключить нежелательный перегрев поверхности обода его внутренним теплом за время от момента выхода части обода из закалочного бака до момента его очередного погружения в закалочную среду. Также исключается сильное разбрызгивание закалочной среды и возможность ее нежелательного попадания на другие части вращающегося железнодорожного колеса.
Время закалки обода железнодорожного колеса составляет 100-250 секунд. Данного временного периода достаточно для завершения всех превращений в стали для формирования необходимой структуры по всей толщине обода, обеспечивая высокую прочностью и твердость железнодорожного колеса.
Указанные параметры процесса термической обработки обеспечивают равномерное охлаждение обода железнодорожного колеса, формирование в ободе железнодорожного колеса на глубине до 30 мм от поверхности катания структуры бейнита и тонкодисперсного перлита (сорбит, троостит), обеспечивающих высокую износостойкость и прочность обода при сохранении требуемого уровня пластических свойств и ударной вязкости, а также высокую устойчивость железнодорожного колеса к циклическим нагрузкам за счет формирования полей сжимающих остаточных напряжений, которые подавляют рост трещин при эксплуатации.
Для реализации описанного способа используется устройство для термической обработки железнодорожных колес, содержащее узел для установки и вращения железнодорожного колеса в вертикальном положении и узел закалки железнодорожного колеса. Закалочный бак может быть выполнен на опорах, регулируемых по высоте для регулировки положения закалочного бака относительно обода закаливаемого железнодорожного колеса. Кроме того, закалочный бак может быть оборудован устройствами подачи и слива закалочной среды.
Использование закалочного бака с закалочной средой, например с проточной водой, позволяет гибко (в том числе оперативно) управлять скоростью охлаждения обода колеса за счет изменения времени закалки, температуры воды и изменения объемного расхода, что позволяет обеспечить стабильное, равномерное охлаждение ободной части колеса, а также достаточное омовение потоками воды всех поверхностей (поверхность катания, торцы) обода.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - схема устройства для закалки железнодорожных колес; фиг. 2 - микроструктура бейнита и тонкодисперсного перлита (сорбит, троостит) в ободе колеса на глубине 30 мм от поверхности катания, увеличение ×500.
Устройство для термической обработки (закалки) железнодорожных колес, схема которого показана на фиг. 1, содержит узел для установки и вращения колеса в вертикальном положении 1, закалочный бак с проточной водой 2, устройство для подачи закалочной среды в бак 3, регулируемые по высоте опоры 4 закалочного бака 2, устройство для регулировки слива закалочной среды 5, регулируемый кран 6 для опорожнения закалочного бака 2, цистерна для сбора закалочной среды 7, закаливаемое колесо 8.
Термическую обработку железнодорожных колес производят следующим образом.
Закалочный бак 2 наполняют закалочной средой, например водой, с температурой 15-30°С при объемном расходе закалочной среды 0,03-0,1 м3/мин с помощью устройства для подачи закалочной среды 3 при закрытом кране 6. Устройство для регулирования слива закалочной среды 5 настраивают таким образом, чтобы уровень закалочной среды в закалочном баке был постоянным. При необходимости дополнительную регулировку уровня закалочной среды в закалочном баке 2 можно осуществлять краном 6. Слив излишков закалочной среды происходит в цистерну для сбора 7. Высоту закалочного бака 2 регулируют с помощью опор 4 для обеспечения погружения железнодорожного колеса 8 в закалочную среду, например проточную воду, на глубину до точки начала перехода обода в диск. Затем предварительно нагретое до температуры аустенизации колесо 8 помещают в узел для установки и вращения колеса 1, далее с помощью узла 1 начинают вращение колеса 8 с частотой 90-150 об/мин и одновременное погружение обода колеса в закалочный бак 2 на глубину до точки начала перехода обода в диск. Процесс закалки (вращение колеса в закалочной среде) длится 100-250 секунд. После окончания процесса закалки вращающееся колесо 8 вынимают из закалочного бака 2 с помощью узла 1, затем прекращают вращение. Далее проводят отпуск железнодорожного колеса 8 при температуре 450-550°С.
На фиг. 2 представлена характерная микроструктура железнодорожного колеса из проведенной серии опытных плавок, прошедшего термическую обработку согласно заявляемому изобретению (в соответствии с указанным способом на указанной установке), где светлым фоном показан бейнита, темным фоном - тонкодисперсного перлита (сорбит, троостит).
Данная иллюстрация микроструктуры железнодорожного колеса подтверждает высокие прочностные и эксплуатационные свойства при сохранении требуемого уровня пластических свойств и ударной вязкости, в том числе: твердость обода на глубине 30 мм от поверхности катания не менее 330 НВ, временное сопротивление обода не менее 1050 МПа, ударная вязкость в ободе при +20°С не менее 25 Дж/см2, трещиностойкость обода не менее 55 МПа×√м. Такую характерную микроструктуру имеют все колеса из серии опытных плавок, прошедшие термическую обработку согласно заявляемому изобретению.
Таким образом, заявляемое изобретение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет улучшить механические свойства (прочность, твердость, ударная вязкость) и эксплуатационные свойства (износостойкость, трещиностойкость) железнодорожных колес.
Claims (5)
1. Способ термической обработки железнодорожного колеса, включающий нагрев колеса до температуры аустенизации, вращение колеса с одновременным охлаждением обода закалочной средой и последующий отпуск, отличающийся тем, что охлаждение железнодорожного колеса осуществляют путем его погружения в бак с закалочной средой на глубину до точки начала перехода обода железнодорожного колеса в его диск, в котором обод железнодорожного колеса закаляют при температуре закалочной среды 15-30°С, а затем проводят отпуск железнодорожного колеса при температуре 450-550°С.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве закалочной среды используют проточную воду.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что объемный расход проточной воды составляет 0,03-0,1 м3/мин.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что железнодорожное колесо вращают вокруг своей оси вращения со скоростью 90-150 об/мин.
5. Способ термической обработки по п. 1, отличающийся тем, что время охлаждения обода колеса в закалочной среде составляет 100-250 с.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151520A RU2636777C1 (ru) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Способ термической обработки железнодорожных колес |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016151520A RU2636777C1 (ru) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Способ термической обработки железнодорожных колес |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2636777C1 true RU2636777C1 (ru) | 2017-11-28 |
Family
ID=60581615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016151520A RU2636777C1 (ru) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Способ термической обработки железнодорожных колес |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2636777C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1508362B1 (de) * | 1966-03-18 | 1972-07-13 | Amsted Ind Inc | Verfahren zur abkuehlung von stahlraedern, insbesondere von eisenbahnraedern |
RU2119841C1 (ru) * | 1997-05-06 | 1998-10-10 | Комратов Юрий Сергеевич | Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес из непрерывнолитых слитков |
RU2226557C2 (ru) * | 2000-05-29 | 2004-04-10 | Фоест-Альпине Шинен Гмбх Унд Ко Кг | Способ закалки рельсов и устройство для осуществления способа |
-
2016
- 2016-12-27 RU RU2016151520A patent/RU2636777C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1508362B1 (de) * | 1966-03-18 | 1972-07-13 | Amsted Ind Inc | Verfahren zur abkuehlung von stahlraedern, insbesondere von eisenbahnraedern |
RU2119841C1 (ru) * | 1997-05-06 | 1998-10-10 | Комратов Юрий Сергеевич | Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес из непрерывнолитых слитков |
RU2226557C2 (ru) * | 2000-05-29 | 2004-04-10 | Фоест-Альпине Шинен Гмбх Унд Ко Кг | Способ закалки рельсов и устройство для осуществления способа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20090073090A (ko) | 반경방향-축방향 링 압연장치에서 제조된 시임리스 링의 가공열처리방법 | |
US11085096B2 (en) | Method for preventing cracking along the surface at the inner hole of a hollow shaft during horizontal water quenching | |
DE19849681C1 (de) | Verfahren zur Wärmebehandlung von Bauteilen aus Stahl oder Gußeisen | |
CN102965480B (zh) | 一种厚壁钢管淬火冷却方法及设备 | |
RU2634541C1 (ru) | Способ и устройство термической обработки шаров | |
RU2636777C1 (ru) | Способ термической обработки железнодорожных колес | |
AU2008265498A1 (en) | Treatment of railway wheels | |
US2322777A (en) | Heat treatment of hardenable steel | |
JP5187680B2 (ja) | 構成部材をケースハードニング処理する方法および同方法を実施する処理装置 | |
US12000007B2 (en) | High pressure instantaneously uniform quench to control part properties | |
RU2369646C1 (ru) | Способ дифференцированной термообработки профилированного проката, в частности рельса, и устройство для его осуществления | |
RU2493269C2 (ru) | Способ закалки колец подшипника качения и подшипник качения | |
US1527418A (en) | Method and apparatus for hardening the surfaces of car wheels | |
RU2451093C2 (ru) | Способ термической обработки железнодорожных колес | |
RU2678720C1 (ru) | Установка для закалки металлических изделий | |
EP3568499A1 (en) | Method and equipment for controlled patenting of steel wire | |
WO2008077166A2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung von metallischen langprodukten | |
KR102384942B1 (ko) | 차동케이스 고주파 열처리 시스템 | |
JP2009203522A (ja) | 転がり軸受軌道輪の製造方法 | |
CN105755237A (zh) | 一种轴承钢等温轧制工艺 | |
RU2821214C1 (ru) | Способ термической обработки железнодорожных колес из стали | |
RU2240359C1 (ru) | Способ термической обработки катков гусеничных машин | |
RU2612479C1 (ru) | Устройство для охлаждения обода при термоупрочнении железнодорожных колёс | |
CN218710661U (zh) | 一种金属管材生产淬火架 | |
SU1752784A1 (ru) | Способ термической обработки изделий |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191205 Effective date: 20191205 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |