Способ восстановления деталей

(71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени институт железнодорожного транспорта им. М,И, Калинина(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 272342, кл. С 21 П 7/04, 1967,2. Авторское свидетельство СССР В 513802, кл. В 23 К 9/04, 1974. (54)(57) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ преимущественно железно 1 51) С 21 Р 7/04; В 23 К 9/04; В 23 Р 6/00 Ш , дорожных колес, включающий наплавку изношенной части, удаление шлака с одновременной механической обработкой наплавленной поверхности и охлаждение, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения долговечности колес, после наплавки осуще ствляют охлаждение до достижейия наплавленным металлом 550-580 С производят механическую обработку поверхности прямолинейного участка профиля гребня, а после достиженияо наплавленной поверхностью 200-250 С производят механическую обработку криволинейного участка проФиля гребня,1 О 20 25 Изобретение относится к железнодорожному транспорту, преимущественно к тяговому и грузовому составу магистрального и промьппленного транспорта.Известен способ термомеханической обработки поверхностей, при котором поверхность подвергают операции выглаживания путем пластического деформирования специальным инструментом и наклепу, при этом с целью интенсификации процесса выглаживания и увеличения упрочненного слоя инструменту придают сложное движение относительно обрабатываемой поверхностиОднако технологический процесс данного способа не содержит операции удаления шлаковой корки, кроме того, схема движения упрочняющего инструмента практически неосуществима.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ восстановления изношенных цилиндрических деталей путем наплавки с одновременной обработкой наплавленной поверхности накатными роликами. По известному способу процесс наплавки совмещается с обработкой двумя накатными роликами наплавляемой поверхности. С целью улучшения Физико-механических свойств и снижения шероховатости поверхности обкатка производится диаметрально противоположными роликами, смещенными на шаг наплавки и перемещающимися вдоль продольной оси детали. При этом усилие давления первого по ходу ролика больше второго 123.Известному способу присущи следующие недостатки: глубина наклепа стали от накатки не превышает 0,8- 1,2 мм, твердость возрастает не более чем на 25-307, что совершенно недостаточно, кроме того, согласно споСобу не производится термическая обработка,Целью изобретения является повышение долговечности колес.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу восстановления деталей преимущественно железнодорожных колес включающему наплавку изношенной части, удаление шлака с одновременной механической обработкой наплавленной поверхности,30 35 ао 45 50 55 после наплавки осуществляют охлаждение, затем при достижении наплавленным металлом 550-580 С производят механическую обработку поверхности прямолинейного участка профиля гребня, а после достижения наплавленной поверхностью 200-250 С производят механическую обработку криволинейного участка профиля гребня,Сущность предлагаемого способа заключается в наплавке порошковой марганцовистой проволокой двухэлектродным методом.Для Формирования наплавленного слоя электроды смещены в поперечном направлении. Режимы наплавки подобраны так, чтобы слой формировался за один оборот колеса.Технологические операции закалки и механической обработки далее осуществляют параллельно. Закалка аусте,"о нитной стали начнется с 900-950 С и скорость охлаждения должка обеспечивать Формирование аустенитной структуры без выделения избыточной фазы в виде карбидов в межкристаллитных промежутках,На первом этапе необходимую скорость охлаждения обеспечивает интенсивный теплоотвод в массу колеса, а затем - охладитель, работающий на сжатом воздухе давлением 600 кПа с температурой 18 С, Первое сопло охладителя отстоит от наплавочной головки на расстоянии 100 мм. За время-поворота колеса на это расстояние шлак защищает ванну от кислорода воздуха и одновременно успевает пропустить газы из. ванны. Теперь охлаждение основного и присадочного металла идет за счет конвенкции в ок ружающую среду,.ноглощения тепла массой колеса и обдува охлаждаю" щим устройством. Все это обеспечивает необходимую скорость охлаждения,.Интенсивное охлаждение обдувом объясняется также необходимостью снижения общего тепловложения, так как в зоне термического влияния необходимо формирование такой структуры, которая препятствовала бы появлению мартенситных и других образований, повышающих внутренние напряжения. Эти напряжения, складываясь с механическими напряжениями от горячей посадки бандажа на центр колеса, могут превысить предел1157089 фбойка), что определяет ударное усилие около 245 Н. Одновременно с нак в- лелом происходит дальнейшее сглаживание поверхности до шероховатости5 что удовлетворяет требованиямР Зоэксплуатации и исключает дальнейшуюмеханическую обработку обточкой.При таком динамическом воздействииобеспечивается глубина наклепан 10 ного слоя около 2,0 мм. В эксплуатакле ции наклепанный слой непрерывносамовосстанавливается под воздейстчес вием усилий смятия порядка Зб 002400 МПа, возникающих при вписыванииколесной пары в кривой участок пути.он- , Предлагаемому способу присущи сле.дующие существенные признаки; двухэлектродная наплавка гребня, закалка20 наплавленного слоя, раздельное сгланно. живание шероховатости с одновременным упрочнением наклепом и формирону- вание рабочей поверхности гребня.Восстановление наплавкой производится за один проход, выполняют е закалку с последующим отпуском, но наклеп совмещают с выглаживанием м поверхности, одновременно восстановленной поверхности придается необс- Зб ходимая геометрическая форма. Закалка дает возможность проявить аусо-. тенитной стали свойства самоупрочнения в эксплуатации, динамический ть наклеп снижает интенсивность износав начальный период, а придание35формы исключает механическую обравмо ботку прочности бандажа, что соверщеннонедопустимо,Охлаждение длится далее непрерыно, что обеспечивает получение стабильной аустенитной структуры,Далее следует очистка от шлака,имеющаяся своей целью обнажение наплавленного металла для повышениятеплоотдачи в окружающую среду, иудаление его частиц с твердостью70-75 НРС перед выглаживанием и напом. Этой мерой предупреждают насыщение рабочей поверхности в пластиком состоянии абразивными частицами и, как следствие, интенсивныйизнос боковой грани головки .рельсаОчистку производят специальной коркой, одетой на боек пневмодинамического инструмента. Бойку с коронкой сообщают возвратно-поступательное движение по нормали к наплавлему слою. В сочетании с вращательнымдвижением колеса боек описывает сисоиду, что полностью обеспечивает.фронт очистки. Эту технологическуюоперацию производят при температурметалла 550-580 С. Оптимальной можсчитать температуру 560 С. При этошероховатость поверхности снижается сдо ", . Сглаживанию и чаР Зо Д афтичноМьу наклепу подвергают прямолинейную часть профиля гребня, какнаиблее подверженную износу. Частичносглаженную и наклепанную поверхноспродолжают интенсивно охлаждать ипри 200-250 С подвергают окончательному сглаживанию и наклепу пнединамическим инструментом при помощи бойка, рабочая поверхность которого имеет форму, соответствующуюочертанию поверхности гребня. Температура, при которой завершаетсяобработка (оптимальное значение 230 Собосновывается следующими соображесия"ми. При указанной температуре аустенит обладает большим запасом устойчивости, поэтому опасности выпадениякарбидов по границам зерен нет, Дальнейшее охлаждение существенноговлияния на структуру не оказывает.Повышение твердости при наклепе рассматривается как следствие блокиро. вания отдельных зерен аустенитав результате сдвигов по плоскостямскольжения,55 Для повышения эффективности процесса наклепа между бойком и гребнемсоздается зазор 0,25 Д (Д - диаметрНа фиг. 1 изображен .боек с ударной поверхностью, соответствующей конечной форме обрабатываемого элемента; на фиг. 2 - графики глубины упрочнения маргаовистой стали в зависимости от способа пластической деформации; на фиг, 3 - графики, показывающие давление в контакте; прямолинейная часть гребня - боковаягрань головки рельса; на фиг. 4 - - колесо в процессе наплавки и обработки (в нижней части представлена кривая совмещенного движения бойка и вращающегося колеса в процессе очистки от шлака и наклепа); на фиг. 5- эскиз профиля наплавляемого гребня с указанием характерных участков его поверхности.П р и м е р. Технологическая схема восстановления; освидетельствование колесной пары и установка ее на11 И 089 стенц - кантователь, наплавка изношенной части гребня аустенитной сталью, закалка наплавленного слоя, очистка его от шлака, механическая, обработка первой ступени, продол жение термической обработки, механическая обработка второй ступени, повторение цикла для второго колеса.Освидетельствование выполняют в 10 соответствии с требованиями инструктивных указаний с целью выявления при годности колесной пары для восстановления по существующей технологии.Наплавку производят.на специальном 13 стенде-кантователе порошковой проволокой с содержанием 13,07 Мп и 0,67 С с соблюдением следующих режимов: период вращения колеса 15 мин/об.ток дуги 280 А, напряжение на дуге 24 В, 20 флюс АН 20 С, Соблюдение режимов обеспечивает восстановление за один оборот колеса. Наплавку ведут специальной головкой 1 многоэлектродным методом (фиг. 4, поз. 1). 25На расстоянии 100 мм от поз. 1 (через 1,5-2,0 мкм после наплавки) начинают интенсивное охлаждение зоны наплавленного металла охлаждающим устройством 2. Охлаждение ведут с целью повышения интенсивности теплоотвода, тем самым способствуя закалке наплавленного металла и облегчая удаление шлака, Операцию охлаждеНия ведут непрерывно на длине 600 мм (по бандажу). На поз,11 производят удаление шлака и сглаживание неровностей наплавленного металла на прямолинейном участке профиля гребня.(в-с,фиг. 5), 4 ф Эту операцию производят при 550-580 С, Оптимальной по производственным условиям является температура 560 С, Такой интервал температур обосновывается следующими соображениями: в этот 4 ф момент возможна качественная очистка наплавленного металла от шлака при указанной температуре металл еще сохраняет пластические свойства, необходимые для сглаживания неровнос- фф тей поверхности наклепом до шерохо-.й 8 оватости . При более высокой температуре еще полностью не закончился процесс кристаллизации, а удаление шлака полностью практически невозможно. При температуре ниже 550 С пластические свойства металла ухудшаются, что затрудняет обработку наплавленной поверхности (ь-с, фиг. 5), Одновременное сглаживание всей наплавленной поверхности не представляется возможным по условиям размещения коронки на бойке. Параллельно происходит частичный наклеп поверхности. Боек с плоской ударной частью движения перпендикулярно наплавленному слою и разрушает шлак в месте ослабленного сече( ния, В результате сложения вращательного движения колеса и возвратно. поступательного инструмента последний оставляет на наплавленной поверхности след, форма которого может быть описана уравнением11 з ( - + - -)х2 80 где х - путь, пройденный колесом,мм;1 - время движения инструмента за один цикл,Наклеп на этой позиции не производят, так как при высокой температуре он не сохраняет в полной мересвоих свойств. Кроме того, значительные ударные усилия, порядка 245 Н,могут привести к нежелательномуявлению выпадения . карбидов пограницам зерен, Сглаживание же способствует выделению карбидов по телу зерен, что упрочняет металл,На 111 позиции ударами бойка скриволинейной рабочей поверхностью(фиг. 1),соответствующей профилюгребня (фиг. 5), производят выглаживание с наклепом участка вершиныа - В, наклеп прямолинейной частигребня в - с и частично выкружки с -о 1.Эту технологическую операцию выполняют в интервале 200-250 С. Оптимальное ее значение 230 С. Этот интервал температур обосновываетсяследующими. соображениями. Интенсивное охлаждение, продолжающееся до111 позиции, необходимо для выполнения процесса закалки с тем, чтобыуглерод полностью сохранился в твердом растворе, а аустенитная структура стабилизировалась полностью.На 112 позиции происходит окончательное выглаживание поверхностидо шероховатости , наклеп ия зоокончательное формирование рабочегопрофиля, который можно описатьэкспонентой,Х 3;0 7 Х 100 У 2,Х ссеоявие оа ло 8 ерхносац, юм Фиг Ггде е= 37 Ъ = 0,81 и с=. 12,68,Далее следует самоотпуск обработанного участка профиля.В такой технологической последовательности происходят наплавка 5 и термомеханическая обработка всей поверхности гребня.После завершения колесом полного оборота колесную пару снимают и повторяют процесс восстановления для противоположного колеса.В результате применения такого способа полностью восстанавливают профиль и размеры гребня, а наклонный слой преобретает твердость 40 НЙС на глубине до 2,0 мм (фиг.2).Сравнение эксплуатационных свойств предлагаемого способа с известным дает возможность провести качественную оценку технико-экономического 20 преимущества.Применение раздельной двухступенчатой пластической деформации наплавленного металла обеспечивает удовлетворительную шероховатость25 без механической обработки, снижает интенсивность износа в период обработки, формирует рабочую поверхность гребня (кривая ю - д , фиг.7) и обеспечивает наименьший его износ 30 значительно повышает производительность технологического, процесса, создает экономию высоколегированного наппавочного металла и дефицитного титано-вольфрамового режущего инстру мента, железнодорожному колесу придаются новые свойства,что повьппает его долговечность и обеспечивает заданный ресурс. Кроме того, предлагаемьп способ повьппает долговечность колесных пар, улучшает условия эксплуатации подвижного состава, повьппает производительность труда ремонтных и локомотивных бригад, упрощает технологический процесс, создает предпосылки для улучшения условий труда йа производственных участках, снижает дефицит металло- режущего инструмента, способствует созданию нормальных условий труда, обеспечивает ритмичность производства.Наплавляемый металл при испъгганиях в лабораторных условиях и в эксплуатации способен хорошо самоупрочняться и имеет высокую износостойкость, Автоматическая наплавка на наклонном стенде-кантователе обес печивает хорошее формирование наплавленного слоя и низкую его шероховатость. Пневматические инструменты созданы на базе пневматических молотков и развивают необходимые ударные усилия. Эффективность преппагаемого способа подтверждается результатами испытаний: интенсивность ивноса восстановленного гребня в установившемся периоде работы составляет 0,25 мм/ч, для новых бандажей этот показатель равен 1,5 мм/мес.157089 Составитель В. КитайсРедактор В. Иванова ТехредИ.Надь орректор С. Шекмар одписно Г ам о филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 3286(2 ВНИИПИ по д 113035, Тираж 5ударственногизобретенийва, Ж, Ра комитета СССРоткрытийская наб., д.