Способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес

(511 4 С 21 0 9 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СР 5.(54) СПТАНЫХ ЖЕ ОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЬНЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт черной металлургии(56) Авторское свидетельство ССУ 1235942, кл, С 21 В 9/34, 198Авторское свидетельство СССРР 71669 1, кл. В 21 Н 1/02, 1980. Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к колесопрокатному производству, и может быть использовано в цехах по изготовлению железнодорожных колес,Цель изобретения - повышение усталостной прочности колес при,одновременном упрощении процесса и снижении трудоемкости отделочных операций.Изобретение иллюстрируется следующим примером.В колесопрокатномстали с содержанием 00,39% Б разрезали на478 кг для изготовлен цжелезнодорожных колес диаметром(57) Изобретение относится к металлургии, а именно к способам изготовления и термообработки железнодорожных колес. Цель изобретения - повышение усталостной прочности колес приодновременном упрощении процессаи снижении трудоемкости отделочныхопераций, Способ включает прокатку,термическое упрочнение обода, отпускоколеса, подстуживание до 200-220 С,пластическую деформацию мест перехода диска в обод и ступицу, охлаждениеи холодную деформацию мест переходадиска в обод с внутренней, а в ступи.ъцу - с наружной сторон, с глубиноипроникновения 6-8% минимальной толщины диска. Использование способапозволяет повысить усталостную прочность, упростить процесс изготовления колес, 1 табл,050 мм. После нагрева заготовок о ществляли их осадку на прессе усилием2000 т, Затем заготовку осаживали вкольце и осуществляли разгонку металла центральной части пуансоном напрессе усилием 5000 т. Подготовленную таким способом заготовку подвергали формовке на прессе усилием10 000 т, В процессе формовки получали окончательные размеры ступицыи части диска, Прокатку производилив колесопрокатном стане с горизонтальным расположением колеса. Послекалибровали обод и выгибали диск напрессе усилием 3500 т, колеса подвергали противофлокенной обработке путем.обработки обода в целом и ступицы снаружной стороны колеса испытывалив цехе опытных установок, Колеса нагревали в электропечи до температуры850 С в течение 1,5 ч, осуществлялипрерывистое охлаждение обода в заключной машине из спрейеров в течение 1 р130 с при давлении воды 5 атм.В дальнейшем колеса обрабатывалипо спедующим вариантам: часть колесподвергали отпуску при 500 С в течеоние 1,0 ч. Непосредственно после отпуска среднюю. часть диска колес охлаждали сжатым воздухом при удельномрасходе 0,2 мэ /с (при нормальныхусловиях) в течение 420, 450, 510и 540 с до достижения температуры 2 р230, 220, 200 и 190 С (соответственно варианты 1, 2, 3 и 4). При достижении указанных температур местаперехода диска в обод с наружной и вступицу с внутренней сторон подвергали пневмодробеструйной обработкев течение 90 с, дробью диаметром2-2,5 мм.и давлении воздуха 0,4 МПа.В дальнейшем колеса охлаждали дотемпературы цеха, после чего все четыре варианта подвергались дальнейшейпневмодробеструйной обработке местперехода диска в обод с внутреннейи в ступицу с наружной сторон в течение 90 с, дробью диаметром 2-2,5 мми давлении сжатого воздуха, МПа:для варианта 1 и 2 - 0,4, для варианта 3 и 4 - 0,6, для варианта 5 - 0,3,для варианта 6 - 0,7, для варианта. 40Одно колесо подвергали пневмодробеструйной обработке (время 90 с),давление воздуха 0,4 МПа, место перехода диска в обод с наружной и вступицу с внутренней сторон сразупосле отпуска, В дальнейшем обработку вели согласно варианту 3 (вариант 8),Два колеса непосредственно послеотпуска подвергали охлаждению средней 5 рчасти диска в течение 510 с до досо,тижения температуры 200 С. В дальнейшем колеса охлаждались до температуры цеха (вариант 9) и одно колесо подвергалось одновременно пневмодробеструйной обработке по всемместам перехода диска в обод и ступицу с наружной и внутренней сторон(вариант 10),Одно колесо обработали по вариан-.ту 11 (известный способ), Для чегопосле отпуска и охлаждения колесадо температуры цеха подвергали холодной пластической деформации с обеихсторон диск и места его перехода вобод и ступицу путем накатки поверхности шариком диаметром 18 мм настанке модели КС 274 с усилием800 кг и величиной подачи 0,3 мм/об,Для определения уровня и характера остаточных напряжений в колесахиспользовали разрушающий метод с механической вырезкой темплетов, оборудованных двух компонентными розетками тензодатчиков 2 ПКБ с базой1 О мм. Замер деформаций тензодатчиковопределяли цифровым тензометрическиммостом ЦТМ.Оценку остаточных напряжений вободе производили по методике международного стандарта ШС 812-3 путемрадиальной разрезки колеса и измерения исходного расстояния 1=100 мммежду фиксированными точками на ободепо обеим сторонам реза. Стандарт требует уменьшения этого расстояния навеличину не менее 1 мм.Глубину наклепа определяли на вырезанных темплетах рентгеновским методом на установке ДРОН-ЗМ.Результаты измерений приведеныв таблице,Также в таблице приведены данныепосле обработки по известному способу (прокатка, термическое упрочнениеобода, отпуск колеса, холодная пластическая деформация переходов дискав обод и ступицу с глубиной проникновения 10-307. его минимальной толщины).Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес (варианты 2 и 3) обеспечивает повышениеусталостной прочности колес при одновременном упрощении процесса и снижение отделочных операций за счет создания в приободной части диска повышенного уровня сжимающих остаточныхнапряжений, при одновременном сокращении глубины проникновения деформации, а также снижение дополнительнойоперации по удалению вкатанной окалины. Выход параметра этапа подстуживания за предлагаемый интервал подстуживание средней части диска до 230 С5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 не обеснечивдет формирондние сжимающих напряжений в приоб одной частидиска с наружной стороны (вариант 1),Подстуживание средней части дискаодо 190 С обеспечивает образованиев приободной части диска с наружнойстороны сжимающие остаточные напряжения, но приводит к уменьшению величины и доли сжимающих напряжений в ободе ниже допустимых пределов, о чемсвидетельствует оценка остаточныхнапряжений в ободе А 1=-0,9 (вариант 4).Понижение глубины проникновенияза предлагаемый интервал глубина проникновения деформации 5 Х минимальнойтолщины диска приводит к незначительному приросту уровня остаточных сжимающих напряжений в приободной частидиска с внутренней стороны (вариант5). Увеличение глубины проникновениядеформации до 9 и 127, (соответственно варианты 6 и 7) не приводят кощутимому приросту остаточных сжимающих напряжений в приободной частидиска с внутренней стороны и дальнейшее повышение глубины проникновения деформации становится нецелесообразным в связи с неоправданнымизатратами, так как время, затрачиваемое на обработку колеса, с учетомустановки и кантовки на стенке КС274 в среднем равно 12-14 мин, Припроизводительности колесопрокатногостана 2000 колес в сутки потребуется14-16 дорогостоящих станков,Изменение последовательности этапов пневмодробеструйной обработки, мест перехода диска в обод с наружной и в ступицу с внутренней сторондо операции подстуживания сразу после отпуска (вариант 8) и проведениеэтой обработки после остывания колеса (вариант 10) приводит к формированию в этих зонах небольших сжимающих напряжений,Обработка колес по известномуспособу (вариант 9) приводит к формированию в приободной части дискас внутренней стороны сжимающих остаточных напряжений, однако она формирует растягивающие остаточные напря,жения в приободной части диска с наружной и приступичной с внутреннейстороны, что отрицательно сказывается на усталостную прочность колеса.Обработка колес по известномуспособу (вариант 11) приводит к формированию остаточных сжимающих напряжений по обеим стороидм колеса. Однако в ндиболее оидсиом месте перехода диска в обод с внутренней стороны уровень остаточных сжимающих напряжений ниже, чем уровень предлагаемого способаКроме того, обработка по известному способу требует дополнительной отделочной операции для удаления в некоторых местах диска вкатднной окалины, что приводит к удорожанию такого технологического процесса.Таким образом, предлагаемый способ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес обеспечивает повышение усталостной прочности за счет создания в приободной части диска с внутренней и приступичной с наружной сторон повьппенного по сравнению с известным уровня остаточных сжимающих напряжений при одновременном упрощении процесса, заключающегося в снижении глубины проникновения деформации с 10-ЗОБ до 6-8 Е минимальной толщины диска колеса, Технический эффект данного способа заключается в снижении отделочной операции по удалению в некоторых местах вкатанной окалины,формула изобретенияСпособ изготовления цельнокатаных железнодорожных колес, включающий прокатку, термическое упрочнение обода с последующим отпуском всего колеса и холодную пластическую деформацию его элементов в зонах перехода диска в обод и ступицу, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения усталостной прочности колес при одновременном упрощении процессаи снижении трудоемкости отделочных операций, после окончания выдержки при температуре отпуска осуществляют подстуживание средней части диска до 200-220 С и проводят при этой температуре поверхностно- пластическую деформацию мест перехода диска в обод с наружной и в ступицу с внутренней сторон, охлаждают колесо до комнатной температуры, а холодной пластической деформации подвергают места перехода диска в обод с внутренней, и в ступицу с наружной сторон, дробью с глубиной проникновения в пределах 6-87. минимальной толщины диска,1497242 Глубинапроникновения деформации Способ Температурасреднейчасти Радиальные напряжения в диске,МПа Вари- анты Оценкапо 01 С,61 мм наружная сторона внутренняя сторона% у обо- у стуу обода у ступи- цы да пицы Предлагаемый Изве- стный 18 2,52 -180 11 20-1,5 Составитепь В.РусаненкоРедактор М,Недолуженко Техред М.Ходанич Корректор В, Гирняк Подписное Закаэ 4408/30 Тираж 530 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5