Способ термической обработки рельсов

(54). (57) СПОСОБ ТЕРМИЧ КИ РЕЛЬСОВ, включающий рев до температуры аус последующее охлаждение дошвы, о т л и ч а ю щ что, с целью повышения ционной стойкости. рель уменьшения концевой кр ня остаточных напряжен ние подошвы начинают ч после начала охлаждения чем охлаждение подошвы с удельным расходом охл ным 0,6-0,8 удельного р теля на головку, в соот момент времени. ова ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ(71) Украинский ордена ТрудовогКрасного Знамени научно-исследотельский институт металлов(56) Авторское свидетельство СССРУ 522751, кл, С 21 Р 9/04, 1975.Авторское свидетельство СССРУ 344011, кл. С 21 0 9/04, 1970. ЕСКОИ ОБРАБОТ- объемный нагенизации и головки и пои й с я тем, зксплуатаов за счет визны и уровй, охлаждерез 2-10 сголовки,приосуществляют адителя, равасхода охлади ветствующий2012 З 91Изобретение относится к металлургической промьппленности и может бытьприменено при производстве железнодорожных рельсов, например, с массой 43-75 кг/пог.м.5Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости рельсов засчет уменьшения концевой кривизны иуровня остаточных напряжений,Рельсы подвергают объемному нагреву и последующему охлаждению головки и подошвы, причем охлаждениеподошвы начинают через 2-10 с посленачала охлаждения головки и охлаждение подошвы осуществляют с удельнымрасходом охладителя, равным 0,6-0,8удельного расхода охладителя на головку, в соответствующий момент времени.Осуществление начала охлажденияподошвы после начала охлаждения головки рельса обеспечивает появлениеизгибающего момента в направлении,противоположном моменту, возникающемупри охлаждении головки, причем во 25времени действие его совпадает с началом пластического изгиба концарельса, Охлаждение подошвы с удельным расходом охладителя, меньшимудельного расхода охладителя на го- З 0ловку, обеспечивает величину изгибающего момента, выпрямляющего конец рельса, на уровне момента, возникающего при охлаждении головки.70 2 сжатия. Величина момента подсчитывается по формулеМ = 9(С - Т,)Е Р 2, где (1 - коэффициент линейного расширения (сжатия); разность температур слоя до и после охлаждения; Е - модуль упругости при даннойтемпературе; Р - площадь слоя; Е - расстояние слоя до нейтральной оси сечения рельса,Произведение первых трех величин дает значение термического напряжения, последних двух - момент сопротивления относительно нейтральной оси сечения, При одновременном охлаждении головки и подошвы с одинаковой скоростью величина термических напряжений будет равной, а изгибающих моментов - различной из-за неравенства моментов сопротивления.При толщине охлажденного слоя головки и подошвы рельса типа Р 65 10 мм моменты сопротивления составляют соответственно 57 и 114 смз (табл, 1) .Таблица 1Значения показателейГ ПоказателиГоловка Подошва35 1 О 10 Ширина слоя, мм Толщина слоя,мм 10 Расстояние донейтральнойоси мм Момент сопротивления, мм 45 57000 114000 50 Для осуществления охлаждения подошвы позже начала охлаждения головки подачу охладителя на подошву производят через определенное время после начала подачи его на головку,. Осуществление охлаждения подошвы с расходом охладителя, меньшим удельного расхода его на охлаждение головки, производят за счет уменьшения диаметра отверстий в спрейерах, изменением содержания воды в водо- воздушной смеси (при использовании последней в качестве охлаждающей среды) и применением для охлаждения головки более жесткой охлаждающей среды,.чем для подошвы.Выбор граничных параметров обусловлен следующим. Смещение во времени начала охлаждения подошвы по сравнению с головкой обусловлено геометрической формой рельса, При охлаждении поверхностных слоев металла головки или подошвы рельса возникает изгибающий момент от термического При смещении вс времени начала охлаждения подошвы рельса по сравнению с головкой на 2-10 с достигается выравнивание (взаимная компенсация) на концевых участках рельса изгибающих моментов от термических напряжений в головке и подошве и, как следствие, повышение прямолинейности концов. Ширина предлагаемого диапазона параметров обусловленаразличным распределением металла поэлементам профиля рельсов различныхтипов. При величине смещения во времени начала охлаждения подошвы менее 2 с величина концевых искривлений не уменьшается по сравнению сизвестным споосбом для рельсов типаР 50 и Р 65, имеющих наиболее массивную подошву и наименее массивную головку (37,4% и 34,2 . общей площади 1 Осечения рельса соответственно). Приувеличении величины смещения более10 с концевая кривизна увеличиваетсяв противоположном направлении посравнению с известным способом для 5рельсов типа 849, имеющих обратноераспределение массы по элементампрофиля - менее массивную подошву(35 общей площади сечения) и болеемассивную головку (47,5 ). 20 Предлагаемый диапазон расхода охладителя, подаваемого на подошву, обусловлен различными геометрическими размерами поперечного сечения про филя рельсов различных типов, в первую очередь соотношением ширины подошвы и головки. При расходе охладителя на подошву менее 0,6 расхода его на головку происходит увеличение ЗО общей кривизны на рельсах типа Р 43 и 849 с наименьшим отношением ширины .,подошвы к ширине головки (1,63 и 1,84), а также повышение уровня остаточных напряжений, снижающих экс 35 плуатационную стойкость рельсов.При увеличении расхода охладителя, подаваемого на подошву, более 0,8 его расхода на головку общая кривизна рельсов типа Р 65 и Р 75 с наибольшим 40 отношением ширины подошвы к ширине головки (2,0) также увеличивается, причем с изменением знака кривизны. По условиям же технологичности желательно иметь на всех рельсах минимальную кривизну, но одного знака. Кроме того, на рельсах типа Р 43 и 849 с менее массивной подошвой большее увеличение расхода охладителя приводит к недопустимому повышению твердости подошвы и снижению пластических и вязких свойстн металла, а также к появлению нежелательной микроструктуры. Предлагаемый способ может оыть реализован, например, с помощью агрегата роликового типа, в котором рельс подвергается закалке н процессе движения через агрегат. Послео нагрева в печи до 820-840 С н течение 40-50 мин рельс подают н агрегат роликового типа, где охлаждают головку и подошну рельса в процессе его непрерывно-последовательного движения с изменяющимся или постоянным по длине агрегата расходом охлаждающей среды. Для уменьшения концевой кривизны и получения более благоприятного уровня остаточных напряжений устройства для охлаждения подошвы по длине агрегата устанавливают, начиная с 3-5-й секции агрегата, и после последней секции для охлаждения головки. Точное место установки этих устройств выбирают в зависимости от скорости движения рельса в агрегате и типа рельса.Количество охладителя, подаваемого на подошву рельса, регулируют в каждой секции и устанавливают его равным 0,6-0,8 от расхода на головку в данной секции.Опытную проверку в промышленных условиях осуществляют на р;.ьсах типа Р 50. Температура нагрева под закалку 820-840 С, время нагрева 40- 50 мин, Режимы охлаждения и полученные результаты приведены н табл.2, причем режим 1 соответствует охлаждению по известному способу, а режимы 4-8 и 11-13 - по предлагаемому способу.Предлагаемьп способ по сравнению с известным обеспечивает снижение концевой кривизны н среднем н 1,9 раза (с 0,85 до 0,44 мм); снжает уровень остаточных напряжений н закаленных рельсах н среднем н 1,2 раза (с 3,2 до 2,7 мм), что повышает их эксплуатационную стойкость на 5Кроме улучшения концевой прямолинейности закаленных рельсов, предлагаемый способ повьппает производительность, так как отпадает необходимость (или существенно сокращается продолжительность выдержки) в осуществлении гибки рельсов на гибочной машине.0,6 0,470 34-0 450,400 32-0 48й Я.0,410 44-0 62й 2.0,54 12 0,7 13 0,8 14 0,9 Остаточные напряжения определяют на технологическойпробе длиной 600 мм путем измерения величины расхождения паза при разрезке пробы вдоль шейки на длину400 мм. ВНИИПИ Заказ 3356/22 Тираж 552 Подписное Произв,-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Разница во времени начала охлаждения подошвы но отношению к головке,с ниеудельно"го расхода охладителяна подошву кудельномурасходуохладителя на го 2 7-2 9