Beschreibung
Gleisoberbauteil sowie Verfahren zur Herstellune eines solchen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gleisoberbauteil, insbesondere Weichenteil wie Herzstück, das aus miteinander verbundenen Abschnitten unterschiedlicher Materialien besteht, wobei die Abschnitte nach ihrem Zusammenfügen einer gemeinsamen Wärme¬ behandlung unterzogen sind. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gleisoberbauteils durch Verbinden von Abschnitten unterschiedlicher Materialien, die nach ihrem Zusammenfügen gemeinsam wärmebehandelt werden, insbesondere zur Herstellung eines Weichenteils wie Herzstück.
Aus der DE-AS 1 284 439 ist ein Herzstück mit blockartigcr Herzstückspitze bekannt, bei der das Spitzenteil aus einem Material besteht, dessen Quetschgrenze größer als die Quetschgrenze des Materials ist, aus dem das Anschlußstück hergestellt ist. Spitzenteil und Anschlußstück sind dabei verschweißt, wobei die aus Spitzenteil und Anschlußstück einschließlich des Schweißstoßes bestehende Einheit ölvergütet werden kann. Die hierbei erzielbaren Festigkeiten von Spitzenteil und Anschlußstück liegen im Bereich zwischen 1.300 und 1.500 N/mm2 bzw. 1050 und 1 150 N/mm2.
Um Spitzenteile gewünschter Festigkeit zu erzielen, müssen diese insgesamt aus einem Sonderstahl hergestellt werden, der relativ teuer ist. Ungeachtet dessen weisen ent¬ sprechende Herzstückspitzen nicht die gewünschte Festigkeit und Streckgrenze auf, um insbesondere für Hochgeschwindigkeitsstrecken eingesetzt zu werden, ohne daß eine häufige Materialüberprüfung erfolgen muß.
Der voi hegenden Ei findung hegt das Pioblem zugrunde, ein Gleisoberbauteil sowie ein Veiiahien zui Hei Stellung eines solchen der eingangs beschriebenen Art so weiterzubil¬ den, daß dieses kostengünstig heigeslellt werden kann und eine hohe Festigkeit und Streckgrenze aufweist, die staiken Beanspruchungen standhalt Dabei soll auch die Möglichkeit gegeben sein, daß die Abschnitte nicht zwingend miteinandei verschweißt sein müssen
Die Aufgabe wnd bei einem Gleisoberbauteil dadurch gelost, daß dieses in Langs- nchtung des Gleises beti achtet bereichsweise einen Schichtaufbau derart aufweist, daß auf einem Basisabschnitt ein mit diesem verbundener unmittelbar von einem Schienen- fahizeug befahl baiei Kopfabschnitt angeordnet ist, der aus einem hochfesten Stahl besteht, wobei die veibundenen Abschnitte derart gemeinsam warmebehandelt sind, daß dei Kopfabschnitt eine Zugfestigkeit zwischen 1 700 und 2 200 N/mm2 und/oder eine Stieckgienze zwischen 1 600 und 1 800 N/mm2 aufweist
Eifindungsgemaß wnd ein Schichtaufbau eines Gleisobeibauteils, insbesondre eines Weichcnteils wie Heizstuck in Schichtbauweise vorgeschlagen, wobei allein der stark befahl enc Bei eich am Anfang dei Herzstuckspitze, der einer besondeis hohen Belastung ausgesetzt ist. die eifoi dei liehe Festigkeit und/oder Streckgrenze aufweisen muß, wohin¬ gegen die ubngen Bei eiche, die einerseits Trager- und Abstutzfunktionen ausüben und andeieiseits schienenahnhchen Bedingungen unteihegen, aus einem kostengünstigen Stahl, insbesondre bainitischen Stahl bestehen können Hierdurch ergibt sich ms- besondeie dei Vorteil, daß bei der gemeinsamen Wärmebehandlung beide Materialien gleiche Matenaleigenschaftsandei ungen dahingehend erfahren, daß die Festigkeit \ eιbesseιt und die Stieckerenze eihoht wird Folglich treten die ansonsten bei der Veiwendung unteischiedhchei Matcnahen häufig zu beobachtenden gegenläufigen Mateiidleigenschaftsanderungen nicht auf
Insbesondre ist vorgesehen, daß der hoch- bzw hochstfeste Stahl ein Martensit ausscheidendei Nickel- oder Nickelchromstahl ist, der im Ausgangszustand losungs- gegluht im Tempeiatuibeieich zwischen 900 und 1 100° C mit anschließender Ab-
schieckung auf Austenit vorliegen kann. Demgegenüber handelt es sich bei dem Basisabschnitt erwahntei maßen um einen bainitischen Stahl, der im gesteuert abgekühl¬ ten Walzzustand bzw duich Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 800 und 950° C und anschließend gesteuerter Abkühlung vorliegt
Dei Basisabschnitt kann mit dem Kopfabschnitt nicht nur durch Schweißen, sondern auch durch Klemmung oder Schrumpfung verbunden werden. Sofern die Materiahen duich Schweißen zusammengefugt werden sollen, ist insbesondere ein Schutzgas- schweißvei fahren, ein Elektionenstrahlschweißen oder ein Laserschweißen zu bevor¬ zugen
Feinei zeichnen sich die Materialien und deren Behandlung dadurch aus, daß der baimtische Stahl als der Basisabschnitt nach der gemeinsamen Wärmebehandlung eine Streckgienze von in etwa 950 - 1.100 N/mm2 und/oder eine Zugfestigkeit von etwa 1 300 - 1 600 N/mm2 aufweist. Insbesondre ist die Wärmebehandlung derart durch¬ zufühlen, daß die Stieckgienze bei in etwa 1 050 N/mm2 und die Zugfestigkeit bei in etwa 1 450 N/mm2 hegt
Die Mateπaleigenschaften des aus hochfestem Stahl bestehenden Kopfabschnitts sind daduich gekennzeichnet, daß diese im Ausgangszustand eine Streckgrenze von in etwa 800 - 950 N/mm2, insbesondre zw ischen 850 und 900 N/mm2 und/oder eine Festigkeit von in etwa 1 000 - 1.200 N/mm2, insbesondre 1.100 N/mm2 aufweist
Demgegenüber weist der Basisabschnitt im Ausgangszustand eine Streckgrenze von in etwa 800 - 850 N/mm2, insbesondere von in etwa 820 N/mm2 und/oder eine Zug¬ festigkeit von in etwa 1.250 - 1.400 N/mm2, insbesondere 1.300 N/mm2 auf
Feiner ist der baimtische Stahl als Basisabschnitt durch eine chemische Zusammen¬ setzung mit in etwa 0,3 - 0.5 Gew.% C, 1 - 1.5 Gew % Si, 0,5 - 1 ,5 Gew.% Mn, ungefähr 1 Gew % Ci , 0.7 - 1.2 Gew % Mo und gegebenenfalls V- und Ni- Anteilen gekennzeichnet
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Der aus hoch- bzw. hochstfestem Stahl bestehende Kopfabschnitt sollte eine chemische Zusammensetzung mit < 0.03 Gew.% C. 18 Gew.% Ni, 5 Gew.% Mo, 10 Gew.% Co und 1 Gew.% Ti aufweisen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Gleisoberbauteils durch Verbinden von Abschnitten unterschiedlicher Materialien, die nach ihrem Zusammenfügen gemeinsam warmebehan- delt weiden, insbesondere zur Herstellung eines Weichenteiis wie Herzstuck, zeichnet sich dadurch aus. daß als Material für die Abschnitte ein bainitischer Stahl als Basis- abschnitt und ein hochfester Martensit ausscheidender Stahl als befahrbarer Kopf¬ abschnitt verwendet werden und daß die Abschnitte nach ihrem Zusammenfugen derart gemeinsam warmebehandelt werden, daß der baimtische Stahl eine Streckgrenze Rn mit 950 < Ru < 1 100 N/mm2 und/oder eine Zugfestigkeit RM I mit 1.400 < RM I < 1.500 N/mm2 und der Martensit ausscheidende Stahl eine Streckgrenze Rr: mit 1 .600 < RL2 < 1 800 N/mm2 und/oder eine Zugefestigkeit RM2 mit 1.800 < RM2 < 2.200 N/mm2 aufweist
Insbesondere ist \ oigesehen, daß die gemeinsame Wärmebehandlung, nachdem die Ab¬ schnitte vorzugsweise bei Raumtemperatui miteinander verbunden sind, bei einer Temperatur im Bereich zwischen 400 und 600° C über einen Zeitraum zwischen 1 und 7 Stunden einem Diffusionsgluhen unterzogen werden, wodurch bei dem Martensit ausscheidenden Stahl eine Ausscheidungshartung erfolgt, durch die die gewünschte Steigerung der mechanischen Eigenschaften hervorgerufen wird. Gleichzeitig erfolgt auch durch das Anlassen eine Steigerung der mechanischen Eigenschaften des bainiti- schen Stahls.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen.
Es zeigen.
Fig 1 einen Schnitt durch ein Herzstuck,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Herzstuckspitze nach Fig 1 ,
Fig 3 einen Schnitt duich eine weiteie Ausfuhiungsform eines Herzstuckbe- leichs mit eingeschrumpfter Herzstuckspitze,
Fig 4 einen Längsschnitt durch die Herzstuckspitze nach der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 3,
Fig 5 eine Schnittdarstellung durch eine dritte Ausfuhrungsform eines Herz- stuckbereichs mit geklemmter Heizstuckspitze und
Fig 6 einen Längsschnitt durch die Herzstuckspitze gemäß Fig. 5
In Fig 1 ist ein Schnitt durch eine Weiche im Beieich lhies Herzstucks daigestellt So \ r lauft zw ischen Flugelschienen 10 und 12 eine Heizstuckspitze 14, die gegenubr den Flugelschienen 10 und 12 über Futteistucke 16 und 18 beabstandet und mit ersteren ubei einen Schi aubbolzen 20 fest verbunden ist Insoweit wird jedoch auf bekannte Konstruktionen verwiesen
Eifindungsgemaß weist die Heizstuckspitze 14 einen Schichtaufbau derart auf, daß auf einen Basisabschnitt 22 ein Kopfabschnitt 24 angeordnet ist, der im Ausfuhrungsbeispiel nach den Fi2 1 und 2 mit dem Basisabschnitt 22 verschweißt ist Als mögliche Schweißvr fahien kommen dabei Schutzgasschweißvr fahren, Elektronenstrahlschwei- ßen oder Laserschweißen in Frage.
Wie insbesonder der Längsschnitt gemäß Fig. 2 verdeutlicht, erstreckt sich der Kopfab¬ schnitt 24 im \ orderen Bereich 26 der Herzstuckspitze 14, also in dem Bereich, der
normalerweise einem besonders hohen Verschleiß ausgesetzt ist
Erfindungsgemaß besteht der Basisabschnitt 22 aus einem bainitischen Stahl und der Kopfabschnitt 26 aus einem hoch- bzw. hochstfestem Martensit ausscheidenden Stahl, wobei der Kopfabschnitt 24 nach dem Zusammenfugen mit dem Basisabschnitt 22 mit diesem gemeinsam waimebehandelt wird.
Der Basisabschnitt 22, der aus bainitischem Stahl besteht, liegt im Ausgangszustand, also vor dem Zusammenfugen mit dem Kopfabschnitt 24 im Walzzustand vor. Ferner weist der baimtische Stahl vorzugsweise eine chemische Zusammensetzung mit 0,3 - 0,5 Gew % C. 1 - 1.5 Gew % Si, 0.5 - 1 ,5 Gew % Mn, ungefähr 1 Gew.% Cr. 0.7 - 1 ,2 Gew % Mo sowie Anteilen von V und Ni auf Die mechanischen Eigenschaften des im Walzzustand voi liegenden bainitischen Stahls belaufen sich hinsichtlich der Streck¬ grenze R, I Λ auf ungefähr 820 N/mm2 und hinsichtlich der Zugefestigkeit RM I A auf etwa 1 350 N/mm2
Der hoch- bzw hochstieste Martensit ausscheidende Stahl, der im Ausgangszustand bei einer Temperatur von 900 - 1 050° C losungsgegluht mit anschließender Abschreckung auf Austenit voi hegt. weist eine chemische Zusammensetzung von in etw a < 0,03 Gew % C. 18 Gew % Ni, 5 Gew % Mo, 10 Gew % Co und 1 Gew.% Ti auf. Die mechanischen Eigenschaften sind hinsichtlich der Streckgrenze Rr2A mit 850 - 900 N/mm2 und in bezug auf die Zugefestigkeit RM2A mit in etwa 1 100 N/mm2 anzugeben.
Nachdem der Kopfabschnitt 24 mit dem Basisabschnitt 22 verschweißt ist. erfolgt erwähntermaßen eine gemeinsame Wärmebehandlung zwischen 400 und 600" C, insbesondere zwischen 450 und 500° C über einen Zeitraum von 1 bis 7 Stunden, \ orzugsweise 2 bis 6 Stunden, wodurch sich beim Martensit ausscheidenden Stahl durch Ausscheidungshartung eine Steigerung der mechanischen Eigenschaften derart erfolgt, daß sich die Zugfestigkeit RM2 auf in etwa 1 800 - 2.200 N/mm2 und die Streckgrenze Rp auf in etwa 1.700 N/mm2 erhöht
Durch die gemeinsame Wärmebehandlung, durch sogenanntes Diffusionsglühen ver¬ ändern sich die Materialeigenschaften des Basisabschnitts 22, der auch als Bainitblock bezeichnet werden kann, ebenfalls positiv dahingehend, daß die Streckgrenze RE1 auf in etwa 1.050 N/mm2 und die Zugefestigkeit RM1 auf in etwa 1.450 N/mm2 erhöht wird.
Wie die Fig. 3 - 6 verdeutlichen, ist es jedoch nicht erforderlich, daß die übereinander geschichteten Abschnitte vom Basisabschnitt und Kopfabschnitt durch Schweißen miteinander verbunden sind. Vielmehr ist nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 auch ein Einschrumpfen möglich. So ist in den Fig. 3 und 4 ein Herzstückblock 28 mit eingeschrumpfter Spitze 30 dargestellt, die aus hoch- bzw. höchstfestem Martensit ausscheidenden Stahl entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 besteht. Insoweit wird auf die beschriebenen Materialeigenschaften verwiesen. Der Block 28 entspricht dem Basisabschnitt nach den Fig. 1 und 2 und besteht demzufolge aus bainitischem Stahl. Das Einschrumpfen des Spitzenbereichs 30 in den Block 28 erfolgt in gewohnter Technik. So können die Längs- und Seitenwandungen sowohl von dem Einsatz 30 als auch von dem Basisblock 28 leicht abgeschrägt sein. Bei erwärmten Block 28 gleitet sodann der Einsatz 30 in die Aussparung, um beim Abkühlen einen festen Schrumpfsitz zu erreichen.
Anstelle eines Einschrumpfens nach den Fig. 3 und 4 bzw. eines Verschweißens nach den Fig. 1 und 2 besteht auch die Möglichkeit, einen Einsatz 32 aus hoch- bzw. höchstfestem Stahl mechanisch in einem aus bainitischen Stahl bestehenden Block 34 durch zum Beispiel eine keilförmige Leiste 36 zu sichern. Hierzu liegt der den vorderen Bereich der Herzstückspitze bildenden und einem hohen Verschleiß ausgesetzte Ab¬ schnitt 32 mit einer seiner Längsseiten 38 plan an einer Begrenzungsfläche 40 eines von dem Block 34 gebildeten Flügelschienenabschnitts 42 an, wohingegen die gegenüber¬ liegende Längsseite 44 des Einsatzes 32 schräg zum Boden 46 der in dem Block 34 vorhandenen Aufnahme für den Einsatz 32 derart verläuft, daß der Abstand zwischen der Längsseite 44 zur benachbarten Innenwandung 50 des Blocks 34 zum Boden 46 hin abnimmt. In dem so sich zum Boden hin verjüngenden Spalt 52 wird der Keil 36 eingebracht und mittels nicht näher bezeichneter Befestigungselemente zum Boden 46
hin angezogen, so daß eine Sicherung des Einsatzes 32 erfolgt.
Losgelöst von der gewählten Konstruktions- bzw. Befestigungsart besteht der Einsatz 32 erwähntermaßen aus hoch- bzw. höchstfestem Martensit ausscheidenden Stahl und der Block 34 aus bainitischem Stahl entsprechend der Ausführungsbeispiele der Fig. 1 - 4.