UA74973C2 - A method of superficial tempering locomotive and carriage wheels flanges and a mechanism for realizing the same - Google Patents
A method of superficial tempering locomotive and carriage wheels flanges and a mechanism for realizing the same Download PDFInfo
- Publication number
- UA74973C2 UA74973C2 UA20040806387A UA20040806387A UA74973C2 UA 74973 C2 UA74973 C2 UA 74973C2 UA 20040806387 A UA20040806387 A UA 20040806387A UA 20040806387 A UA20040806387 A UA 20040806387A UA 74973 C2 UA74973 C2 UA 74973C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- wheel
- heating
- jet
- source
- temperature jet
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005496 tempering Methods 0.000 title abstract description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 61
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 abstract 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 6
- FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N D-glucitol Chemical compound OC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-JGWLITMVSA-N 0.000 description 5
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 5
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005050 thermomechanical fatigue Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід відноситься до машинобудування, більш конкретно - до зміцнення металів і може бути використаний 2 для поверхневого зміцнення гребенів бандажів локомотивних і суцільнокатаних вагонних коліс.The invention relates to mechanical engineering, more specifically - to the strengthening of metals and can be used 2 for surface strengthening of the ridges of the rims of locomotive and solid-rolled wagon wheels.
Термічне зміцнення сталевих деталей є одним з найбільш ефективних і дійових способів збільшення ресурсу роботи навантажених елементів машин і механізмів і зниження їх матеріалоємності. В багатьох випадках технічно і економічно виправдана локальна термічна обробка, коли зміцнюють тільки найбільш навантажену робочу поверхню деталі залишаючи недоторканою серцевину і інші її частини. 70 Відомі різні методи поверхневого зміцнення металів і пристрої для їх реалізації. Найбільш близьким (прототип), за технічною суттю та досяжному результату до заявленого технічного рішення, є спосіб поверхневого гартування і пристрій для його здійснення (11.Thermal strengthening of steel parts is one of the most effective and effective ways to increase the service life of loaded elements of machines and mechanisms and reduce their material capacity. In many cases, local heat treatment is technically and economically justified, when only the most heavily loaded working surface of the part is strengthened, leaving the core and other parts intact. 70 Different methods of surface strengthening of metals and devices for their implementation are known. The closest (prototype) in terms of technical essence and achievable result to the declared technical solution is the method of surface hardening and the device for its implementation (11.
Сутність вказаного способу і пристрою для плазмового поверхневого гартування полягає в швидкому концентрованому нагріванні робочої поверхні плазмовим струменем до температури (0,7-0,95) Тпл. і 72 охолодженні поверхневого шару, як за рахунок стоку тепла в холодні шари металу, так і за рахунок спреєрного (шляхом обдуву холодоагентом) охолодження поверхні. Плазмовий струмінь розташовують під кутом 30-60 градусів до оброблюваної поверхні назустріч її руху з щільністю теплового потоку від високотемпературного струменя до оброблюваної поверхні, що плавно підвищується. При цьому час підвищення щільності теплового потоку вибирають в межах (0,3-2)ср, де Іср-(ц- но)/2 - середній час тепло насичення матеріалу, ї4-г/ат-202С, рег ат, т-0,95Тдл, г - радіус плями нагрівання, а - температуропровідность матеріалу при Т-202С і температурі 0,95Т дл. Наявність пристрою для плазмового поверхневого гартування, що складається з генератора високотемпературного струменя зі спреєром для охолодження зони, що обробляється, коробчатого модуля у вигляді трьох робочих граней, встановленого в торці генератора високотемпературного струменя з заданими с ов параметрами, дозволяє досягти рівномірного прогрівання по всій зоні контакту високотемпературного струменя з оброблюваною поверхнею і, тим самим, підвищити продуктивність процесу, покращити прокалюваність і о тріщиностійкість зміцнених локомотивних та вагонних колісних пар.The essence of the specified method and device for plasma surface hardening consists in the rapid concentrated heating of the working surface with a plasma jet to a temperature of (0.7-0.95) Tpl. and 72 cooling of the surface layer, both due to the flow of heat into the cold layers of the metal, and due to spray (by blowing with a refrigerant) cooling of the surface. The plasma jet is placed at an angle of 30-60 degrees to the treated surface in the direction of its movement with the heat flow density from the high-temperature jet to the treated surface gradually increasing. At the same time, the time of increasing the heat flux density is chosen within (0.3-2)sr, where Isr-(c-no)/2 is the average time of heat saturation of the material, i4-g/at-202C, reg at, t-0 ,95TdL, g - the radius of the heating spot, and - the thermal conductivity of the material at T-202С and a temperature of 0.95T dL. The presence of a device for plasma surface hardening, consisting of a high-temperature jet generator with a sprayer for cooling the treated area, a box module in the form of three working faces, installed in the end of the high-temperature jet generator with the specified parameters, allows to achieve uniform heating throughout the contact zone of a high-temperature jet with the treated surface and, thereby, increase the productivity of the process, improve the puncture resistance and crack resistance of strengthened locomotive and wagon wheelsets.
Недоліком вказаного способу і пристрою, з використанням якого цей спосіб реалізується, є неможливість плавного змінення структури і мікротвердості по глибині загартованого шару та різкий перехід в со зо плазмово-зміцненому шарі від першої зони гартування до перехідної зони завдяки неоднаковим умовам стоку тепла у відносно холодні шари металу і, за рахунок відводу тепла з поверхні загартованого шару, також - спостерігається обмеження глибини прокалюваності, оскільки нагрівання поверхні до температур близьких до б 0,9 Тпл. веде до утворення на поверхні загартованої зони структури велико голюового мартенситу з низькою стійкістю проти тріщиноутворення. вThe disadvantage of the specified method and the device using which this method is implemented is the impossibility of smoothly changing the structure and microhardness along the depth of the hardened layer and a sharp transition in the sozo plasma-hardened layer from the first hardening zone to the transition zone due to unequal conditions of heat flow to relatively cold layers metal and, due to the removal of heat from the surface of the hardened layer, there is also a limitation of the depth of penetration, since heating the surface to temperatures close to b 0.9 Tpl. leads to the formation on the surface of the hardened zone of the structure of large gouille martensite with low resistance against crack formation. in
Цей ефект підвищується при наявності охолоджуючого спреєра та зниженні температури в приміщенні че локомотивних депо, де виконується гартування. При цьому на поверхні гребенів локомотивних колісних пар утворюються крихкі структури велико голкюового мартенситу з наступним руйнуванням колеса. У випадку експлуатації колеса, що має поверхневі шари структури у вигляді великоголового мартенситу, якщо колесо не зруйнувалося перед експлуатацією при завищеній твердості на поверхні загартованого шару, циклічний вплив « Термомеханічних напруг, що виникають в поверхневих мікро об'ємах та перехідних зонах за рахунок с періодичного контакту колеса з залізничною рейкою, сприяє утворенню на робочій поверхні і у перехідних зонах й сітки тріщин термомеханічної утоми, попередньо орієнтованих довільним чином. Ці тріщини, при певних умовах, «» можуть стати магістральними, що веде до появи вищербин або - до повного руйнування колеса, цьому проблема одержання оптимальних загартованих структур у зоні поверхневого ущільнення з високими механічними властивостями і підвищеною стійкістю проти тріщиноутворення є актуальною. -і Достатньо широкий діапазон вибору кута між високотемпературним струменем і гребенем колеса, що загартовується, в окремих випадках є причиною малої продуктивності, низької якості гартування за рахунок т- недостатньої прогартованості або зниження твердості поверхні гребеня в результаті відпуску завдякиThis effect increases with the presence of a cooling sprayer and a decrease in the temperature in the room of locomotive depots, where tempering is performed. At the same time, on the surface of the ridges of the locomotive wheel pairs, brittle structures of large needle martensite are formed, followed by the destruction of the wheel. In the case of operation of a wheel that has surface layers of the structure in the form of large-headed martensite, if the wheel did not collapse before operation with increased hardness on the surface of the hardened layer, the cyclic effect of "thermomechanical stresses arising in surface microvolumes and transition zones due to periodic the contact of the wheel with the railway rail contributes to the formation of a network of thermomechanical fatigue cracks, pre-oriented arbitrarily, on the working surface and in transition zones. These cracks, under certain conditions, "" can become main, which leads to the appearance of higher scratches or - to the complete destruction of the wheel, so the problem of obtaining optimal hardened structures in the surface sealing zone with high mechanical properties and increased resistance against crack formation is relevant. -i A sufficiently wide range of angle selection between the high-temperature jet and the wheel crest being hardened is in some cases the cause of low productivity, low quality of quenching due to t- insufficient quenching or reduction of the hardness of the crest surface as a result of tempering due to
Ге) недогріванню поверхні гребеня.Ge) underheating of the ridge surface.
Задачею винаходу є оптимізація структури загартованого шару, який утворюється після поверхневогоThe task of the invention is to optimize the structure of the hardened layer, which is formed after the surface layer
Ше плазмового гартування гребенів залізничних коліс, збільшення глибини загартованого шару гребеня колеса іPlasma hardening of the ridges of railway wheels, increasing the depth of the hardened layer of the wheel ridge and
ГК) підвищення його тріщиностійкісті шляхом удосконалення відомого способу поверхневого гартування з введенням додаткової операції прогрівання попередньо нагрітої високотемпературним струменем поверхні та вибору оптимального кута між високотемпературним струменем і поверхнею виробу, що гартується, а також удосконалення конструкції пристрою для поверхневого гартування гребенів залізничних коліс введенням додаткового нагрівального пристрою замість спреєра для охолодження, і оптимізацією параметрів теплового іФ) впливу додаткового джерела нагрівання відносно основного. ко Задача реалізується тим, що в способі поверхневого гартування гребенів локомотивних і вагонних коліс, що включає нагрівання поверхні високотемпературним струменем до температури 0,7-0,9 від температури бо плавлення матеріалу, що рухається назустріч, з плавним підвищенням щільності теплового потоку від високотемпературного струменя до поверхні, що нагрівається, наступну теплову обробку матеріалу і його охолодження. При цьому вибирається напрям високотемпературного струменя відносно поверхні, яка нагрівається, шляхом створення на ній контактної плями у вигляді еліпса з відношенням величини великої півосі якого до величини малої півосі складає 1,38-2,47. 65 Задача реалізується також тим, що наступна після високотемпературного прогрівання теплова обробка матеріалу полягає в додатковому прогріванні матеріалу.GC) increasing its crack resistance by improving the known method of surface hardening with the introduction of an additional operation of heating the surface preheated by a high-temperature jet and choosing the optimal angle between the high-temperature jet and the surface of the product being hardened, as well as improving the design of the device for surface hardening of railway wheel ridges by introducing an additional heating device instead of a sprayer for cooling, and by optimizing the parameters of thermal and F) influence of an additional heating source relative to the main one. The task is realized by the fact that in the method of surface hardening of the ridges of locomotive and wagon wheels, which includes heating the surface with a high-temperature jet to a temperature of 0.7-0.9 from the temperature of the melting of the material moving towards it, with a gradual increase in the density of the heat flow from the high-temperature jet to the heated surface, subsequent heat treatment of the material and its cooling. At the same time, the direction of the high-temperature jet relative to the heated surface is selected by creating a contact spot on it in the form of an ellipse with a ratio of the major semi-axis to the minor semi-axis of 1.38-2.47. 65 The task is also realized by the fact that the subsequent heat treatment of the material after high-temperature heating consists in additional heating of the material.
Ще одною реалізацією поставленої задачі є використання у якості джерела додаткового прогрівання джерела лінійного газополум'яного нагрівання.Another implementation of the given task is the use of a linear gas-flame heating source as a source of additional heating.
Задача реалізується також тим, що пристрій для поверхневого гартування гребенів локомотивних і вагонних коліс, що містить генератор високотемпературного струменя з джерелом наступної теплової обробки матеріалу, коробчатий модуль у вигляді трьох робочих граней, встановлений в торці генератора високотемпературного струменя, а як джерело наступної теплової обробки встановлюється додаткове джерело лінійного газополум'яного нагрівання колеса, що розташований за еліпсною контактною плямою, яка створена високотемпературним струменем. 70 Ще однією реалізацією поставленої задачі є те, що пристрій поверхневого гартування гребенів локомотивних і вагонних коліс крім вищевикладених елементів конструкції має початок зони додаткового лінійного нагрівання, що створюється додатковим лінійним джерелом, розташований на відстані неменше 16 мм від центра контактної плями вздовж вісі зони поверхні гребеня колеса, яка нагрівається.The task is also realized by the fact that the device for surface hardening of the ridges of locomotive and wagon wheels, which contains a high-temperature jet generator with a source of subsequent heat treatment of the material, a box module in the form of three working faces, installed at the end of the high-temperature jet generator, and as a source of subsequent heat treatment is installed an additional source of linear gas-flame heating of the wheel, located behind the elliptical contact spot, which is created by a high-temperature jet. 70 Another implementation of the given task is that the device for surface hardening of the combs of locomotive and wagon wheels, in addition to the above structural elements, has the beginning of the zone of additional linear heating, which is created by an additional linear source, located at a distance of at least 16 mm from the center of the contact spot along the axis of the zone of the surface of the comb a wheel that heats up.
Ще однією реалізацією поставленої задачі є те, що пристрій поверхневого гартування гребенів локомотивних і вагонних коліс, крім вищевикладених елементів конструкції має довжину зони додаткового лінійного нагрівання в діапазоні 60-100 мм.Another implementation of the given task is that the device for surface hardening of the ridges of locomotive and wagon wheels, in addition to the above structural elements, has a length of the zone of additional linear heating in the range of 60-100 mm.
Ще однією реалізацією поставленої задачі є те, що центр середнього діаметра контактної плями високотемпературного струменя знаходиться на відстані 5-13мм. Від верху гребеня локомотивних і вагонних колес.Another implementation of the given task is that the center of the average diameter of the contact spot of the high-temperature jet is at a distance of 5-13 mm. From the top of the ridge of locomotive and wagon wheels.
Ще однією реалізацією поставленої задачі є те, що середній діаметр контактної плями високотемпературного струменя на поверхні гребенів локомотивних і вагонних колес складає 8-20мм.Another implementation of the given task is that the average diameter of the contact spot of the high-temperature jet on the surface of the crests of locomotive and wagon wheels is 8-20 mm.
Сутність винаходу полягає в тому, що за рахунок правильної просторової орієнтації високотемпературного струменя до оброблюваної поверхні назустріч руху формується вздовж зміцнюваної зони високотемпературний потік, який стелиться, що забезпечує оптимальне, з точки зору вимог технологічного процесу, збільшення частки с об Тепла, яке передається на нагрівання матеріалу і виконання потрібного характеру підвищення щільності теплового потоку. У відповідності з винаходом, задається найбільш ефективний характер підвищення щільності (8) теплового потоку і гарантується відтворюваність технологічних параметрів при виробництві вищевказаних пристроїв.The essence of the invention is that due to the correct spatial orientation of the high-temperature jet to the treated surface in the direction of movement, a high-temperature flow is formed along the strengthening zone, which creeps, which provides an optimal, from the point of view of the requirements of the technological process, increase in the proportion of heat transferred to heating material and performance of the desired character of heat flux density increase. In accordance with the invention, the most effective character of increasing the density (8) of the heat flow is given and the reproducibility of the technological parameters during the production of the above devices is guaranteed.
Численні металографічні дослідження вказали, що найважливішою відмінною особливістю структур, с зо сформованих при плазмовомову гартуванні, є висока дисперсність мартенситу, бейніту, трооститу (в залежності від режиму охолодження). Контрольоване додаткове нагрівання поверхневого шару на дільниці охолодження в - зоні термічного впливу, що викликаний основним високотемпературним потоком, дозволяє підвищити потужність (зу плазмового струменя і щільність теплового потоку крізь поверхню гартованого виробу, зберігаючи оптимальні структури на поверхні гартованого виробу. При цьому здійснюється підвищення к.к.д. нагрівання з 4095 до 75965, - прокалюваність сталі з 0,5 до 3,5 мм та ширини дзеркала гартування з 8-10 до 25-35 мм (дзеркало гартування - ї- ширина гартованої поверхні, що має оптимальну твердість поверхневого шару).Numerous metallographic studies have shown that the most important distinguishing feature of the structures formed during plasma quenching is the high dispersion of martensite, bainite, troostite (depending on the cooling mode). Controlled additional heating of the surface layer in the cooling section in the zone of thermal influence caused by the main high-temperature flow allows to increase the power (from the plasma jet and the density of the heat flow through the surface of the hardened product, while maintaining the optimal structures on the surface of the hardened product. At the same time, an increase in k.d. of heating from 4095 to 75965, - piercing of steel from 0.5 to 3.5 mm and the width of the hardening mirror from 8-10 to 25-35 mm (hardening mirror - the width of the hardened surface, which has the optimal hardness of the surface layer).
Особливістю формування загартованого шару при продовженому тепловому впливі, коли вирівнюються умови відтоку тепла вгиб виробу і тепловідводу в повітряне середовище, є можливість одержання заданої структури на поверхні зони, що гартується, плавне змінення структури та мікротвердості за глибиною, «A feature of the formation of a hardened layer during prolonged heat exposure, when the conditions of heat outflow from the product and heat dissipation into the air environment are equalized, is the possibility of obtaining a given structure on the surface of the hardened zone, a smooth change of structure and microhardness along the depth, "
Підвищення ККД процеса і прокалюваності сталі, підвищується тріщиностійкість. з с Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу, що використовується та одержуваним технічним результатом. ;» Сутність винаходу і механізм впливу характеру нагрівання матеріалу гребенів залізничних коліс під гартування на характеристики процесу та властивості зміцнених шарів полягає в тому. Що процес розповсюдження тепла обумовлюється дією зовнішнього джерела тепла у вигляді заданого просторового -І розподілення щільності (потужності) теплового джерела на поверхні виробу і характеру зміни в часі розподілення та зміни теплового потоку крізь поверхню. ве Найбільш загальним випадком є нормальне (за Гаусом) розподілення щільності струминного джерелаIncreasing the efficiency of the process and the puncture resistance of the steel, the crack resistance increases. Cause and effect relationship between the set of features of the invention used and the obtained technical result. ;" The essence of the invention and the mechanism of influence of the nature of the heating of the material of the railway wheel ridges during tempering on the characteristics of the process and the properties of the hardened layers is that. That the process of heat propagation is determined by the action of an external heat source in the form of a given spatial distribution of the density (power) of the heat source on the surface of the product and the nature of the change over time in the distribution and change of the heat flow through the surface. The most general case is a normal (Gaussian) density distribution of a jet source
Ге) нагрівання (контактна пляма на поверхні) та адекватне йому змінення щільності теплового потоку в часі, оскільки плазмовий струмінь розташовують нормально до поверхні.Ge) heating (contact spot on the surface) and the corresponding change in heat flux density over time, since the plasma jet is placed normal to the surface.
Ш- Взаємозв'язок часів підвищення щільності теплового потоку і теплове насичення матеріалу обумовлена 4) відчутною залежністю теплопровідності, теплоємності та, відповідно, температуропроводності від хімічного складу і теплофізичних властивостей матеріалу, що піддається поверхневому гартуванню. Між тим хімічний склад колісної сталі суворо обмежений. Створення того або іншого виду структури обробленого плазмовим ов Методом поверхневого шару металу колеса в основному також залежить від швидкості нагрівання до температур близьких до температури плавлення та визначених умов охолодження поверхневого шару. УШ- The relationship between the times of the heat flow density increase and the thermal saturation of the material is determined by 4) the significant dependence of thermal conductivity, heat capacity and, accordingly, thermal conductivity on the chemical composition and thermophysical properties of the material subject to surface hardening. Meanwhile, the chemical composition of wheel steel is strictly limited. The creation of one or another type of structure of the metal surface layer of a wheel processed by the plasma method also mainly depends on the rate of heating to temperatures close to the melting temperature and the specified cooling conditions of the surface layer. IN
Ф) відповідності з винаходом задається характер підвищення щільності теплового потоку крізь поверхню в часі зі ка зміною закону просторового розподілення в плямі нагріву, який узгоджений з теплофізичними властивостями матеріалу колісної сталі, що піддана поверхневому гартуванню і швидкість охолодження поверхні металу, що бо нагрітий.Ф) in accordance with the invention, the nature of the increase in the density of the heat flow through the surface in time with a change in the law of spatial distribution in the heating spot is determined, which is consistent with the thermophysical properties of the material of the wheel steel subjected to surface hardening and the cooling rate of the heated metal surface.
За рахунок орієнтації високотемпературного струменя відносно поверхні матеріалу гребня колеса, що нагрівається та рухається назустріч струменю шляхом створення на ній контактної плями у вигляді еліпсу, відношення величини більшої півосі якого до величини малої півосі складає 1,38-2,47.Due to the orientation of the high-temperature jet relative to the surface of the material of the wheel crest, which is heated and moves towards the jet by creating a contact spot in the form of an ellipse, the ratio of the value of the major semi-axis to the value of the minor semi-axis is 1.38-2.47.
Експериментальне визначено, що одержана оптимальна довжина зони додаткового нагрівання складає 65 60-100 мм. І початок її розташований на відстані неменше 16 мм по прямій від центра еліпсної контактної плями основної високотемпературного струменя.It was determined experimentally that the obtained optimal length of the additional heating zone is 65 60-100 mm. And its beginning is located at a distance of at least 16 mm in a straight line from the center of the elliptical contact spot of the main high-temperature jet.
Просторова орієнтація високотемпературного струменя шляхом створення на поверхні, що нагрівається, контактної плями відношення більшої півосі до величини малої півосі, контактної плями, яке менш 1,38, не призводить до зменшення глибини гартування і зниженню частки корисної потужності, що витрачається на нагрівання. Створення на поверхні, що нагрівається, контактної плями при співвідношенні більш 2,47 призводить до зниження швидкості та глибини гартування. При цьому ліквідуються переваги, що властиві концентрованим джерелам нагрівання: створення неврівноваженого аустеніту на стадії нагрівання і формування мілко дисперсного мартенситу на стадії охолодження.Spatial orientation of the high-temperature jet by creating a contact spot on the surface being heated, the ratio of the major semi-axis to the value of the minor semi-axis, the contact spot, which is less than 1.38, does not lead to a decrease in the depth of hardening and a decrease in the share of useful power spent on heating. The formation of a contact spot on the heated surface at a ratio of more than 2.47 leads to a decrease in the speed and depth of hardening. At the same time, the advantages inherent in concentrated heating sources are eliminated: the creation of unbalanced austenite at the heating stage and the formation of finely dispersed martensite at the cooling stage.
При розташуванні початку зони додаткового нагрівання від лінійного газополум'яного джерела ближче 16 мм 7/0 Знижується ефективність впливу його частини, оскільки вона (частина зони) розчинюється в контактній плямі основного джерела нагрівання.When the location of the beginning of the additional heating zone is closer than 16 mm 7/0 from the linear gas flame source, the effectiveness of its part is reduced, because it (part of the zone) dissolves in the contact spot of the main heating source.
При середньому діаметрі контактної плями високотемпературного струмені менш ніж 8мм та відстані від верху гребеня локомотивного і вагонного колеса до центру середнього діаметра контактної плями менш 5мм зона поверхневого гартування гребня зміщується за межі робочого контакту гребеня та бокової поверхні головки рейки. Через що різко підвищується знос гребеня.When the average diameter of the contact spot of the high-temperature jet is less than 8 mm and the distance from the top of the ridge of the locomotive and wagon wheel to the center of the average diameter of the contact spot is less than 5 mm, the zone of surface hardening of the ridge moves beyond the working contact of the ridge and the side surface of the rail head. Due to which the wear of the comb increases sharply.
При середньому діаметрі контактної плями високотемпературного струмені більш 20мм та відстані від верху гребеня локомотивного і вагонного колеса до центру середнього діаметра контактної плями більш 1Змм зона термічного впливу зміщується на поверхню катання, що призводить до виникнення мікро тріщин, та подальшому руйнуванню колеса.When the average diameter of the contact spot of the high-temperature jet is more than 20 mm and the distance from the top of the crest of the locomotive and wagon wheel to the center of the average diameter of the contact spot is more than 1 mm, the zone of thermal influence shifts to the rolling surface, which leads to the appearance of micro cracks and subsequent destruction of the wheel.
На Фіг. 1 відображено запропонований пристрій для гартування тіл обертання. Пристрій містить генератор 1 високотемпературного струменя, комунікації 2, що забезпечують роботу пристрою та додатковим джерелом нагрівання 3, що встановлено в торці коробчатого модуля 4.In Fig. 1 shows the proposed device for hardening bodies of rotation. The device contains a generator 1 of a high-temperature jet, communications 2, which ensure the operation of the device and an additional heating source 3, which is installed at the end of the box module 4.
Пристрій для поверхневого гартування працює наступним чином. Коробчатий модуль 4 з закріпленим в торці генератором 1 високотемпературного струменя, просторово орієнтованим відносно поверхні гребня колеса, який с г Гартується, і додатковим джерелом нагрівання З, встановлюють на поверхні зміцнюваного гребеня колеса 5 з мінімальним зазором між боковими гранями та поверхнею виробу, який зміцнюється. При цьому між гранями і) коробчатого модуля і поверхнею, що зміцнюється утворюється звужений у перерізі і відкритий в стороні, протилежній від генератора високотемпературного струменя, канал. Нагрівальний модуль (1, 2, 3) встановлюють нерухомо, а деталь 5, що зміцнюють, надають руху назустріч генератору 1 високотемпературного струменя. со Вмикають генератор 1, з його сопла витікає високотемпературний струмінь, що проектується на поверхню, яка нагрівається у вигляді еліпсної контактної плями зі співвідношенням величини більшої півосі до малої півосі у - межах 1,38-2,47 і додаткове джерело лінійного газополум'яного нагрівання 3, розташоване перпендикулярно Ге! вздовж осі зони поверхні гребеня колеса, що нагрівається на відстані неменше 16 мм від центра еліпсної контактної плями вздовж осі зони поверхні гребеня колеса, що нагрівається, основного високотемпературного -The device for surface hardening works as follows. The box module 4 with a high-temperature jet generator 1 fixed in the end, spatially oriented relative to the surface of the wheel crest, which is hardened, and an additional source of heat C, is installed on the surface of the reinforced wheel crest 5 with a minimum gap between the side faces and the surface of the product being strengthened. At the same time, between the faces of i) the box module and the surface being strengthened, a narrowed in cross-section and open on the side opposite to the generator of the high-temperature jet is formed. The heating module (1, 2, 3) is installed stationary, and the reinforcing part 5 moves towards the generator 1 of the high-temperature jet. Co. Turn on generator 1, a high-temperature jet flows from its nozzle, which is projected onto the surface, which is heated in the form of an elliptical contact spot with a ratio of the value of the major semi-axis to the minor semi-axis in the range of 1.38-2.47 and an additional source of linear gas flame heating 3, located perpendicular to Ge! along the axis of the zone of the surface of the wheel ridge that is heated at a distance of at least 16 mm from the center of the elliptical contact spot along the axis of the zone of the surface of the wheel ridge that is heated, the main high-temperature -
Зв струменя, забезпечує додаткове прогрівання оброблюваної поверхні. Високотемпературний струмінь, після ї- проходу крізь звужений до виходу канал, утворений боковими гранями модуля 4 і поверхнею виробу 5, що зміцнюється, виходить в повітряне середовище. Впродовж своєї течії в каналі вздовж поверхні, що зміцнюється, високотемпературний струмінь прогріває цю поверхню та забезпечує плавне підвищення щільності теплового потоку у поверхню, що зміцнюється за заданим термічним циклом нагрівання і охолодження поверхневого шару « гребня колеса. в с Додаткове лінійне джерело нагрівання З утворює оптимальні умови тепло відводу на межі "поверхня гребня колеса - повітряне середовище" незалежно від температури оточуючого середовища в якому виконується ;» процес поверхневого гартування. І, як висновок, можливість одержання на поверхні структури відпущеного мартенситу жї- сорбіт, при цьому частка сорбітної складової плавно збільшується при відділенні від поверхні деталі вглиб (табл. 1). Одержана структура, з точки зору металознавства, володіє оптимальним комплексом -І міцностних та пластичних властивостей для матеріалу, з якого виготовляються залізничні колеса.From the jet, provides additional heating of the treated surface. The high-temperature jet, after passing through the channel narrowed to the exit, formed by the side faces of the module 4 and the surface of the product 5, which is being strengthened, exits into the air environment. During its flow in the channel along the surface being strengthened, the high-temperature jet heats this surface and ensures a smooth increase in the density of the heat flow into the surface being strengthened according to the given thermal cycle of heating and cooling of the surface layer "wheel crest". in c Additional linear heating source Z creates optimal conditions for heat removal at the boundary "wheel ridge surface - air environment" regardless of the temperature of the surrounding environment in which it is performed;" surface hardening process. And, as a conclusion, the possibility of obtaining on the surface the structure of tempered martensite zhi-sorbite, while the proportion of the sorbite component gradually increases when the part is separated from the surface in depth (Table 1). The resulting structure, from the point of view of metallurgy, has an optimal complex of strength and plastic properties for the material from which railway wheels are made.
На Фіг. 2 відображено змінення твердості в динаміці по всій глибині від поверхні до основного матеріалу. ве Номери зразків збігаються з номерами що наведені в таблиці 1. Криві 1, 2 - структури і твердість колеса що со приводять до руйнування; З - структура та твердість що дозволяють експлуатацію колеса що було загартоване з 5ор Відносною степінню ризику; 4, 5, 6 - безпечна експлуатація колеса що було загартовано.In Fig. 2 shows the change in hardness in dynamics along the entire depth from the surface to the base material. The numbers of the samples coincide with the numbers given in table 1. Curves 1, 2 - structures and hardness of the wheel that lead to destruction; C - the structure and hardness that allow the operation of the wheel that was hardened with 5 or Relative degree of risk; 4, 5, 6 - safe operation of the hardened wheel.
Ш- На фігЗ між точками А і Б відображена зона та мережі розташування контактної плями сю високотемпературного струменя на поверхні гребеня локомотивних та вагонних колес. Лінія С вказує на центр середнього діаметра контактної плями високотемпературного струменя. Лінія Х вказує на верх гребеня локомотивного та вагонного колеса. 55 ПРИКЛАД 1. В якості генератора високотемпературного струменя використовували плазмотрон, що працює на суміші повітря з вуглеводневим газом, потужністю до 50-60 кВт. В якості додаткового джерела прогрівання (Ф, використовувалося джерело лінійного газополум'яного нагрівання. ка Для зміцнення використовували колісну сталь по ГОСТ 1778-70 вміст елементів, мас. 95 С 0,609; 5і 0,264; Мп 0,75; 5 0,015; Р 0,029; Ст 0,10; Мі 0,06; Мо«0,03; М«0,02; Си 0,01. во Металографічні дослідження показали, що найважливіша відмінна особливість структур, які сформовані при плазмовому гартуванні з наступним підігріванням незалежно від умов (температури) оточуючого середовища, є одержання структури відпущеного мартенситу кт частка сорбітної складової, яка коливається в межах від 20 до мас. 95 при збільшенні глибини однорідної зони на 30-4095. З наступною плавною зміною структури та мікротвердості за глибиною аж до основного метала. Ця обставина є важливою причиною підвищення 65 тріщиностійкості поверхнево ущільнених гребенів колісних пар незалежно від температурних умов оточуючого середовища і гарантує відтворюваність процесу гартування.Ш- Fig. 3 between points A and B shows the zone and network of the location of the contact spot of the high-temperature jet on the surface of the crest of the locomotive and wagon wheels. Line C indicates the center of the average diameter of the contact spot of the high-temperature jet. Line X indicates the top of the ridge of the locomotive and wagon wheel. 55 EXAMPLE 1. As a high-temperature jet generator, a plasmatron operating on a mixture of air and hydrocarbon gas with a power of up to 50-60 kW was used. As an additional source of heating (F, a source of linear gas flame heating was used. For strengthening, wheel steel according to GOST 1778-70 was used, the content of elements, wt. 95 C 0.609; 5i 0.264; Mp 0.75; 5 0.015; P 0.029; St 0.10; Mi 0.06; Mo" 0.03; M" 0.02; Si 0.01. Metallographic studies have shown that the most important distinguishing feature of the structures formed during plasma quenching followed by heating regardless of the conditions ( temperature) of the surrounding environment, there is the formation of a tempered martensite structure with a fraction of the sorbite component, which ranges from 20 to 95 wt. with an increase in the depth of the homogeneous zone by 30-4095. With the subsequent smooth change of the structure and microhardness along the depth up to the base metal. This this circumstance is an important reason for increasing the crack resistance of surface-sealed rims of wheel pairs regardless of the temperature conditions of the surrounding environment and guarantees the reproducibility of the hardening process.
Обгрунтування переваги використання додаткового джерела нагрівання наведено в таблиці 1.The justification of the advantage of using an additional heating source is given in Table 1.
Приклад 2. В якості додаткового джерела нагріву використовувалися дві газополуменевих пальника що розташовані один за одним. Результат експеримента збігається з номерами зразків 1 та 4 таблиці 1.Example 2. As an additional source of heating, two gas flame burners located one behind the other were used. The result of the experiment coincides with sample numbers 1 and 4 of Table 1.
Таким чином, аналіз одержаних результатів вказує на те, що додаткове лінійне джерело нагрівання дозволяє отримувати оптимальну структуру поверхневого загартованого шару металу гребня залізничного колеса незалежно від температури оточуючого середовища, що забезпечує підвищення рівня тріщиностійкості загартованого матеріалу. При цьому глибина зони з однорідною оптимальною структурою збільшується на 30-40965 по відношенню до аналогічної, одержаної за умовами прототипу, а загальна глибина загартованого шару 70 гребня колеса досягає 3,5 мм. колеса в залежності від параметрів процесу гартування і температури оточуючого середовища плазм., А в сред., С шару 31783, 12617001 450 добн меренют сорбіту сорбіту птн сорбіту сThus, the analysis of the obtained results indicates that the additional linear heating source makes it possible to obtain the optimal structure of the surface hardened metal layer of the rail wheel ridge regardless of the temperature of the surrounding environment, which ensures an increase in the level of crack resistance of the hardened material. At the same time, the depth of the zone with a homogeneous optimal structure increases by 30-40965 in relation to the similar one obtained under the conditions of the prototype, and the total depth of the hardened layer 70 of the wheel ridge reaches 3.5 mm. wheels depending on the parameters of the quenching process and the temperature of the surrounding plasma., A in the medium, C layer 31783, 12617001 450 dobn merenyut sorbitol sorbitol ptn sorbitol s
Claims (8)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040806387A UA74973C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | A method of superficial tempering locomotive and carriage wheels flanges and a mechanism for realizing the same |
| CNB200510088849XA CN100557040C (en) | 2004-08-02 | 2005-08-02 | Locomotive and carriage wheel ridge method for quenching surface and facilities and equipments thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040806387A UA74973C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | A method of superficial tempering locomotive and carriage wheels flanges and a mechanism for realizing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA74973C2 true UA74973C2 (en) | 2006-02-15 |
Family
ID=37063386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA20040806387A UA74973C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | A method of superficial tempering locomotive and carriage wheels flanges and a mechanism for realizing the same |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100557040C (en) |
| UA (1) | UA74973C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104531976A (en) * | 2014-12-06 | 2015-04-22 | 苏州欣航微电子有限公司 | Electric bicycle guide wheel heat treatment device |
-
2004
- 2004-08-02 UA UA20040806387A patent/UA74973C2/en unknown
-
2005
- 2005-08-02 CN CNB200510088849XA patent/CN100557040C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1844416A (en) | 2006-10-11 |
| CN100557040C (en) | 2009-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2415951C2 (en) | Procedure and device for micro-processing alloy on base of iron and material produced on its base | |
| JP6422575B2 (en) | Method for intercooling thin steel sheets | |
| US8652396B2 (en) | Method and device for the continuous creation of a bainite structure in a carbon steel, particularly in a strip steel | |
| Sun et al. | Laser surface hardening of 42CrMo cast steel for obtaining a wide and uniform hardened layer by shaped beams | |
| Leunda et al. | Effect of laser tempering of high alloy powder metallurgical tool steels after laser cladding | |
| US4486240A (en) | Method and apparatus for heat treating | |
| UA41983C2 (en) | ||
| US2882191A (en) | Method and apparatus for flame hardening of rails and the like | |
| UA74973C2 (en) | A method of superficial tempering locomotive and carriage wheels flanges and a mechanism for realizing the same | |
| JP2021038462A (en) | Production method of whole-steel card clothing | |
| JP6173873B2 (en) | Steel plate heating method | |
| RU2685297C2 (en) | Method of processing edges with multichannel laser | |
| Rathod et al. | Laser surface hardening of ductile irons | |
| RU2107739C1 (en) | Method of surface hardening and device for its embodiment | |
| KR100596187B1 (en) | Wheel heat treatment method of railway vehicle by a laser | |
| KR102224344B1 (en) | Method and apparatus for manufacturing hardened steel parts | |
| US11873873B2 (en) | System and method of making an enhanced brake rotor with improved wear resistance | |
| Shchitsyn et al. | Formation of the properties of the working surfaces of important parts by plasma surfacing and surface heat treatment by a reversed-polarity current | |
| Miralles | Laser hardning of cutting tools | |
| RU2644638C2 (en) | Method of heat treatment of steel rails | |
| RU2343211C2 (en) | Technique of steel rails thermal treatment | |
| Sharaya et al. | Experimental studies of operability of hardened cutting edges of parts | |
| JP7307335B2 (en) | Method for manufacturing heat-treated steel strip and manufacturing equipment therefor | |
| Salonitis et al. | Hybrid Processes for Surface Modification and the Grind-Hardening Process | |
| Kupo et al. | Laser-pulse thermal strengthening of injection molds and dies in the production of semiconductor device packages |