SK281598B6 - Spôsob tepelného spracovania koľajnice - Google Patents

Abstract

Pri spôsobe tepelného spracovania koľajnice, hlavne hlavy koľajnice, sa koľajnica najskôr ohreje na teplotu nad 720 °C a potom sa ochladzuje v chladiacom prostriedku, ktorý obsahuje syntetické chladiace prísady. Koľajnica sa z chladiaceho prostriedku vyťahuje najskôr pri prechode chladiaceho prostriedku z jemného vrenia do fázy varu, ktorý je určený množstvom syntetických chladiacich prísad, hlavne glykolov a polyglykolov, a ktorý prebieha pri teplote chladiaceho prostriedku medzi 35 až 55 °C a pri povrchovej teplote ponorených častí koľajnice medzi 450 až 550 °C bez toho, aby bola povrchová teplota po celom priereze koľajnice vyrovnaná. Neponorená časť koľajnice tvorená pätou koľajnice sa ochladzuje stlačeným vzduchom a/alebo zmesou vody a vzduchu. Koľajnica je vytvorená z ocele s obsahom 0,55 až 0,85 % uhlíka C, 0,01 až 1,2 % kremíka Si, 0,5 až 3,5 % mangánu Mn, 0,01 až 1,0 % chrómu Cr, zvyšok tvorí železo Fe a obvyklé nečistoty.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu tepelného spracovania koľajnice, hlavne hlavy koľajnice, pri ktorom sa najskôr koľajnica ohreje na 720 °C a potom sa ochladzuje v chladiacom prostriedku obsahujúcom syntetické prísady.

Doterajší stav techniky

V patentovom spise EP 4. 88 746 je opísaný známy spôsob tepelného spracovania koľajnice, pi ktorom sa do chladiaceho prostriedku pridávajú syntetické chladiace prísady, hlavne polyglykoly, v rozpätí od 20 do 50 hmotn %. Pridanie syntetickej chladiacej prísady zaručuje hlavne zrovnomemenie podmienok ochladzovania koľajnice pri dodržaní zníženej rýchlosti ochladzovania. Syntetické chladiace prísady na ochladzovanie sa v technike obyčajne používajú tam, kde je požadované dodržanie minimálnej rýchlosti ochladzovania na vytvorenie martenzitickej štruktúry. Cieľom takéhoto ochladzovania je prekaliť maximálny prierez predmetu a pri predmetoch, ktoré majú rozdielne prierezy, úplne prekaliť aj oblasti s menším prierezom. Pri takomto ochladzovaní sa môže ponechať predmet až do vyrovnania teplôt v chladiacom prostriedku, prípadne v kaliacom kúpeli.

Vplyvom tepelného spracovania koľajnice je pri použití syntetických chladiacich prísad urýchlené ochladzovanie koľajnice, pri ktorom je zakalenie stojiny koľajnice nežiaduce. Pri tomto ochladzovaní je požadované jemné perlitovanie, pri ktorom je nutné dodržať maximálnu rýchlosť ochladzovania.

Nevýhodou uvedeného ochladzovania je to, že pri nastavení optimálnej rýchlosti ochladzovania v hlave koľajnice, ktorá umožňuje jemnú perlitickú štruktúru bez martenzitu a perlitu, je rýchlosť ochladzovania pre podstatne slabšiu stojinu koľajnice príliš vysoká.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky sú do značnej miery odstránené spôsobom tepelného spracovania koľajnice, hlavne hlavy koľajnice, pri ktorom sa koľajnica najskôr ohreje na teplotu nad 720 °C a potom sa ochladzuje v chladiacom prostriedku obsahujúcom syntetické chladiace prísady, ktorého podstata spočíva v tom, že koľajnica sa z chladiceho prostriedku vyťahuje najskôr pri prechode chladiaceho prostriedku z jemného varenia do fázy varu, ktorý je určený množstvom syntetických chladiacich prísad, hlavne glykolov a polyglykolov, a ktorý prebieha pri teplote chladiaceho prostriedku medzi 35 až 55 °C a pri povrchovej teplote ponorených častí koľajnice medzi 450 až 550 °C bez toho, aby bola povrchová teplota po celom priereze koľajnice vyrovnaná.

Podľa výhodného uskutočnenia sa neponorená časť koľajnice tvorená pätou koľajnice ochladzuje stlačeným vzduchom a/alebo zmesou vody a vzduchu.

Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia je koľajnica vytvorená z ocele s obsahom 0,55 až 0,85 % uhlika C, 0,01 až 1,2 % kremíka Si, 0,5 až 3,5 % mangánu Mn, 0,01 až 1,0 chrómu Cr, zvyšok tvorí železo Fe a obvyklé nečistoty.

Výhoda spôsobu tepelného spracovania koľajnice podľa vynálezu spočíva v tom, že vytiahnutie ponorenej koľajnice, prípadne hlavy koľajnice sa vykonáva pred tým, ako príde k celkovému vyrovnaniu teplôt v priereze koľajnice, čím sa zabráni nežiaducemu kaleniu stojiny koľajnice, za tiaľ čo hlava koľajnice má požadovanú tvrdosť, prípadne požadované rozdielne rozloženie tvrdosti.

Ďalšou výhodou je to, že pri spôsobe tepelného spracovania koľajnice sú dodržané optimálne rýchlosti ochladzovania pre hlavu koľajnice.

Ďalšou výhodou je to, že správnou koncentráciou syntetickej chladiacej prísady a určením momentu vytiahnutia koľajnice z chladiaceho prostriedku pri prechode z jemného vrenia do fázy varuje určená štruktúra koľajnice a optimálne výsledky aj pri rozdielnych profiloch koľajnice.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie vysvetlený pomocou výkresov, na ktorých znázorňuje obr. 1 rozdielne rozloženie tvrdosti v priereze koľajnice a obr. 2 diagram rozdelenia tvrdosti v závislosti od vzdialenosti od stredu jazdnej plochy smerom k stojine koľajnice.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Pri spôsobe tepelného spracovania sa koľajnica najskôr ohreje na teplotu cca 820 °C, potom sa aspoň hlava koľajnice ponorí do chladiaceho prostriedku, ktorý obsahuje syntetické chladiace prísady. Vytiahnutie koľajnice z chladiaceho prostriedku sa uskutoční v momente, keď ponorené časti koľajnice dosiahnu povrchovú teplotu od 450 °C do 550 °C, bez vyrovnania povrchových teplôt po celom priereze koľajnice, čím je zaistené, že vytiahnutie je dostatočne včasné, aby sa bezpečne vylúčilo vytvorenie zakalenej štruktúry v stojine koľajnice. Pokiaľ by sa totiž čakalo na vyrovnanie povrchových teplôt v celom priereze koľajnice, došlo by s istotou k nežiaducemu zakaleniu v stojine koľajnice. Moment vytiahnutia koľajnice z chladiaceho prostriedku bude ďalej podrobne opísaný.

Hlava koľajnice sa ponorí napríklad do hĺbky asi 37 mm chladiaceho prostriedku a pri teplote 35 °C chladiaceho prostriedku sa ochladí povrch ponorenej koľajnice na povrchovú teplotu 505 °C za 150 sekúnd. Pri tejto povrchovej teplote sa koľajnica vytiahne z chladiaceho prostriedku bez toho, aby bola povrchová teplota po celom priereze koľajnice, pripadne hlavy koľajnice vyrovnaná. Týmto spôsobom ochladzovania koľajnice profilu UIC 60 je dosiahnutá tvrdosť, ktorá je po celom priereze koľajnice rozdielna. Toto rozdielne rozloženie tvrdosti je znázornené na obr. 1, z čoho je zrejmé, že hlava koľajnice má vyššie hodnoty tvrdosti ako stojina koľajnice a päta koľajnice.

Na stanovenie kritéria včasného vytiahnutia koľajnice a dosiahnutia jej povrchovej teploty medzi 450 až 550 °C sa použije syntetická chladiaca prísada, ktorá zabezpečí, že rýchlosť ochladzovania v hlave koľajnice je dostatočne nízka, čim sa bezpečne zabráni zakaleniu koľajnice. Použitím syntetickej chladiacej prísady sa zaistí znížená rýchlosť ochladzovania koľajnice, ktorá je však dostatočne vysoká, aby zaručila vytvorenie veľmi jemnej perlitickej štruktúry v hlave stojiny. Chladiacie syntetické prísady môžu byť vytvorené napríklad glykolmi a polyglykolmi v takom optimálnom rozsahu, aby pri povrchovej teplote asi 500 °C ponorenej koľajnice a teplote chladiaceho prostriedku 35 až 55 °C vznikol prechod z jemného vrenia do fázy varu.

Tento prechod tak určuje požadovaný moment na vytiahnutie koľajnice z chladiaceho prostriedku. Optimálny rozsah chladiacich syntetických prísad tiež zaistí aj nemenné a optimálne výsledky tak pre hlavu koľajnice, ako aj pre

SK 281598 Β6 stojinu koľajnice. Pri teplote varu chladiaceho prostriedku nie sú ešte hlbšie položené oblasti povrchu koľajnice premenené na perlit. Až do teploty varu prebieha relatívne pomalé ochladzovanie koľajnice v porovnaní s ochladzovaním koľajnice v chladiacom prostriedku bez syntetických chladiacich prísad. Od teploty varu rýchlo narastá rýchlosť ochladzovania, takže teplota varu signalizuje relatívne charakteristickú hranicu na prechod od relatívne pomalého ochladzovania k relatívne rýchlemu ochladzovaniu koľajnice v chladiacom prostriedku. Pri dosiahnutí teploty varu alebo krátko po dosiahnutí teploty varu sa musí koľajnica z chladiaceho prostriedku vytiahnuť, aby sa zabránilo nadmerne rýchlemu ochladzovaniu koľajnice. Pri nastavení jemného vrenia pomocou syntetických chladiacich prísad sa v hlave koľajnice dosiahne optimálne vytvorenie perlitu až do hĺbky asi 20 až 25 mm. Vytiahnutie koľajnice krátko po dosiahnutí teploty varu zabezpečuje, že hlbšie ležiaca oblasť sa naďalej ešte mení na perlit. Keď sa koľajnica po dosiahnutí jemného vrenia ponechá aj naďalej v chladiacom prostriedku, nastane vplyvom nastávajúceho rýchlejšieho ochladzovania tvorba martenzitu. Po vytiahnutí koľajnice z chladiaceho prostriedku môže byť koľajnica ďalej primerane dosť pomaly ochladzovaná, aby sa zaistila úplná tvorba perlitu, čo by sa po dosiahnutí varu už nedalo v chladiacom prostriedku zaistiť ani podstatne rýchlejším ochladzovaním koľajnice. Táto vyššia rýchlosť ochladzovania koľajnice v chladiacom prostriedku by mala navyše za následok, že by sa predovšetkým prekalil menší prierez a došlo by k nežiaducemu tvoreniu martenzitu, čím by sa prirodzene zvýšilo nebezpečie lomu.

Pre spôsob tepelného spracovania koľajnice podľa vynálezu je teda podstatná voľba vhodného množstva syntetickej chladiacej prísady v chladiacom prostriedku a exaktné stanovenie momentu, v ktorom musí prísť k vytiahnutiu ponorených častí koľajnice z chladiaceho prostriedku, aby nedošlo k nežiaducemu zakaleniu iných časti koľajnice. Podiel syntetických chladiacich prísad v chladiacom prostriedku tak určuje moment prechodu jemného vrenia vo fáze varu, pričom nastavenie koncentrácie musí prebiehať tak, aby fáza varu bola dosiahnutá až v poslednej fáze ochladzovania koľajnice pred jej vytiahnutím z chladiaceho prostriedku, čím je zaistené rovnomerné ochladzovanie koľajnice. Nastavená koncentrácia musí byť kontrolovaná regulačným systémom a držaná na konštantnej hodnote, aby bolo zaistené, že v priebehu ochladzovania koľajnice táto koncentrácia, ktorá je podstatná na určenie včasného vytiahnutia koľajnice z chladiaceho prostriedku, nepodliehala výkyvom. To isté však platí aj o teplote chladiaceho prostriedku.

Cirkulácia chladiaceho prostriedku musí byť konštantná. Nábežná rýchlosť chladiaceho prostriedku na koľajnici, ktorá sa má chladiť, musí byť v tomto prípade po celej dĺžke koľajnice a celý čas ochladzovania, pokiaľ je to možné, konštantná. V spôsobe tepelného ochladzovania koľajnice podľa vynálezu postačuje iba čiastočné ponorenie koľajnice a dodržanie optimálnej kombinácie medzi teplotou chladiaceho prostriedku a časom ponorenia. Koľajnica má na konci ochladzovania povrchovú teplotu medzi 450 °C až 550 °C a nedochádza pri nej k vyrovnaniu povrchovej teploty po celom jej priereze.

Počas čiastočného ponorenia koľajnice, pri ponorení iba jej hlavy, sa môže postupovať tak, že sa päta koľajnice ochladzuje stlačeným vzduchom a/alebo zmesou vody a vzduchu. Navrhnutý spôsob tepelného spracovania koľajnice sa používa hlavne na oceľ s obsahom 0,65 až 0,85 % uhlíka C, 0,01 až 1,2 % kremíka Si, 0,5 až 3,5 % mangánu

Mn, 0,01 až 1,0 chrómu Cr, zvyšok tvori železo Fe a bežné nečistoty.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob tepelného spracovania koľajnice, hlavne hlavy koľajnice, pri ktorom sa koľajnica najskôr ohreje na teplotu nad 720 °C a potom sa ochladzuje v chladiacom prostriedku obsahujúcom syntetické chladiace prísady, vyznačujúci sa tým, že koľajnica sa z chladiaceho prostriedku vyťahuje najskôr pri prechode chladiaceho prostriedku z jemného varu do fázy varu, ktorý je určený množstvom syntetických chladiacich prísad, hlavne glykolov a polyglykolov, a ktorý prebieha pri teplote chladiaceho prostriedku medzi 35 až 55 °C a pri povrchovej teplote ponorených časti koľajnice medzi 450 až 550 °C bez vyrovnania povrchovej teploty po celom priereze koľajnice.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa t ý m , že neponorená časť koľajnice tvorená pätou koľajnice sa ochladzuje stlačeným vzduchom a/alebo zmesou vody a vzduchu.
3. 3. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 alebo 2, v y · značujúci sa tým, že koľajnica je vytvorená z ocele s obsahom 0,65 až 0,85 % uhlíka C, 0,01 až 1,2 % kremíka Si, 0,5 až 3,5 % mangánu Mn, 0,01 až 1,0 % chrómu Cr, zvyšok tvorí železo Fe a bežné nečistoty.