Способ термической обработкирельсов

Способ термической обработкирельсов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических республик (щ804 702 (61) Дополнительное к авт. свид-ву М 43411 3 (22) Заявлено 16.04.79 (21) 2753049/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.02.81 Бюллетень ¹ 6 Дата опубликования описания 18.02.81 (51)М. Кл.

С 213 9/04

С 21 2 1/78

Гбвудлдстаеелыа кенитет

СССР по делан нзебретений и открытий (53) УДК 621.785. .9:621.771 (088.8) l1. С. Казарновский, А. П. Бабич, В. Е.

Л. С. Хургин, А. Н. Заннес и E. А. (72) Авторы изобретения

4 "

) .: 1

Украинский ордена Трудового Красного 3 научно-исследовательский институт металлов (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВ

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано при производстве .железнодорожных рельсов из высокоуглеродистой и низколегированной сталей.

Ilo основному авт. св. М 434113 известен способ термической обработки рельсов, заключающийся в том, что для повышения контактной усталостной прочности. после обьемной закалки производят поверхностную закалку головки рельса с

t0 нагрева ТВЧ в упруго-напряженном состоянии и повтоюный отпуск (11.

К недостаткам этого способа можно

15 отнести то, что при термообработке зерно аустенита измельчается лишь до 1011 баллов на глубину до 3-4 мм, а остальная часть металла закаленного слоя (до 12 мм) остается практически без изменения и размер зерна соответствует

7-8 баллам. В результате такого распределения величины зерна аустенита по сечению закаленного слоя на относительно низком уровне находятся ударная вязкость и пластичность.

Параметры конструктивной прочности высокопрочных рельсов как, например, предел контактной выносливости (6 „ ) и износ (ф ) составляют соответственно: 340 кгс/мм и 0,1985 г. Данные показатели свойств не в полной мере обеспечивают повышение сопротивляемости контактно-усталостным повреждениям и износу, так как они незначительно отличаются от свойств, полученных при обычной закалке с нагрева ТВЧ, которые составляют б - 330 гкс/мм и

«л -0,2121 г.

Недостатки обусловлены небольшой глубиной (порядка 3-4 мм) залегания структуры закалки с мелким зерном, а также относительно резким изменением твердости по сечению закаленного слоя, начиная с глубины 3-4 мм и отсутствием так называемой площадки" твердости глубиной 8 мм.

Цель изобретения - повышение контактной выносливости и износостойкости рельсов.

Указанная цель достигается тем, что после объемной закалки в жидкости, отпуска, поверхностной закалки головки рельса в упруго-напряженном состоянии и повторного отпуска, проводят дополнительную поверхностную закалку головки рельса на глубину, не превышающую половины глубины закаленного слоя после первой поверхностной закалки.

Рельсы после прокатки подвергают объемной термообработке-закалке в масо ле и высокому отпуску при 600 С, за15 калке в горячих средах или же сфероидизирующему отжигу.

Наиболее оптимальной предварительной термообработкой перед термоциклированием, т. е. повторяющимися поверхHocrHIIMH закалками с нагрева ТВЧ„яв20 ляется сфероидизирующий отжиг, так как он в наибольшей степени способствует измельчению и сфероидизации карбидов, а также равномерному их распределению, в

25 результате чего для получения дисперсной структуры с мелким аустенитным зерном требуется значительно меньшее количество циклов поверхностной закалки.

После предварительной термобработки производят первую поверхностную закалзо ку с индукционного нагрева ТВЧ на глубину 12-16 мм, на твердость порядка

НВ 350-370, после чего производят последующую поверхностную закалку с нагрева ТВЧ на,глубину 6-8 мм (т. е. на з5 глубину не превышающую половину глубины закаленного слоя после первой поверхностной закалки) .

B результате предложенного способа

40 термической обработки так называемого

"малого" термоциклирования, в металле головки рельсов на глубине 6-8 мм обеспечиваются: измельчение зерна аустенита до 12-13 баллов; наличие так называемой "площадки" твердости на глубине

6-8 мм.

После повторной поверхностной закалки с нагрева ТВЧ структура металла становится еще более дисперсной, при этом карбиды становятся более мелкими и равномерно распределенными с ферритной составляющей. Наличие в закаленном слое мелкодисперсной структуры в сочетании с мелким зерном аустенита способствует понижению порога хладноломкости и увеличению контактной выносливости, а измельчение карбидов и их плотное расположение в ферритной составляющей

02 4 способствуют повышению износостойкости.

Уменьшение глубины закаленного слоя во время повторного нагрева ТВЧ до

6-8 мм по сравнению с глубиной закаленного слоя 12-16 мм, полученного после первой поверхностной закалки с нагрева

ТВЧ, обеспечивается за счет снижения обшей температуры закалки с 980-1020

rIo 930-940 С и увеличения скорости перемещения рельсов в закалочном агрегате с 15 до 30-35 мм/с при неизменных остальных технологических параметрах термообработки.

Выбор граничных параметров обусловлен тем, что последующую поверхностную закалку производят на глубину до

6-8 мм. Эта глубина закалки является оптимальной, так как перекрывает зону максимальных касательных напряжений, расположенных на глубине 5 мм от поверхности катания головки рельса. В связи с этим, глубина закаленного слоя после последующей поверхностной закалки с нагрева ТВЧ до 5 мм не перекрывает зону максимальных касательных напряжений, следовательно, не отвечает поставленным требованиям, а выше 8 мм глубина закаленного слоя становится лишней, так как наличие высокой твердости на глубине более 6-8 мм увеличивает жесткость рельса, как конструкции.

В результате термической обработки рельсов по предложенному способу, включающему предварительную объемную термообработку, состоящую из улучшения или сфероидизирующего отжига, и последующего "малого" термоциклирования головки рельса путем поверхностной закалки с нагрева ТВЧ в упруго-напряженном состоянии структура металла по поперечному сечению профиля рельса располагается следующим образом: первый (верхний) закаленный слой глубиной 6-8 мм (r. е. слой, равный половине глубины закаленного слоя после первой поверхностной закалки) состоит из мелкодисперсной структуры (типа троостита) с мелкими и плотно расположенными карбидами и мелким зерном аустенита. Далее на глубине от 6-8 до 12-16 мм располагается второй (нижний) закаленный слой с менее дисперсной структурой (гроосгосорбит, сорбит закалки), которая на глубине свыше 12-16 мм переходит в структуру, полученную при объемном сфероидизирующем отжиге, т. е. структуру зернистый церлит. Такое соотношение глубины закаленного слоя после первой и второй поверхностной закалки является наиболее оптимальным, также с точки зрения плавности изменения твердости и структуры по глубине.

Кроме того, такое сочетание структур 5 металла по профилю рельса будет способствовать повышению контактной выносливости и обеспечит надежность рельсов при эксплуатации в пути.

На чертеже изображено послойное рас- 10 положение микроструктуры по сечению профиля рельса, закаленного по предложенному способу„ где 1 — верхний слой, полученный после поверхностных закалок с нагрева ТВЧ, tS т. е. после малого" термоцикпирования;

2 — нижний слой, полученный после первой поверхностной закалки с нагрева

ТВЧ; 3 - оставшаяся часть металла после предварительной объемной термообра- 20 ботки, т. е. после сфероидизирующего отжига на зернистый перлит.

Термическую обработку рельсов по предлагаемому способу целесообразно проводить по следующей технологической 2$ схеме: после прокатки рельсы из высокоуглеродистой (0,81-0,86 углерода) или низколегированной стали подвергают предварительной объемной термической обработке, которая может быть трех видов - щ улучшение, закалка в горячих средах и сфероидизирующий отжиг.

Улучшение — нагрев рельсов до 860 С, выдержка 1 ч, охлаждение в масле, отпуск при 600-650 С в течение 2 ч и о охлаждение на воздухе.

Закалка в горячих средах - нагрев рельсов до 860-960 С, выдержка 40о

50 мин, температура изотермической выдержки — 300-450 С, время выдержки— о

10 35 мин.

Сфероидизирующий отжиг — нагрев рель-. сов до 900 С, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе или жэ со скоростью, не превышающей 8 С/с до 500 С, загрузка

13 о в печь, нагретую до 500 С, нагрев со скоростью 50-60 С/ч до 710 С, выдержка при этой температуре 3 ч, охлажо дение в печи со скоростью 30 С/ч до

600 С, выдержка при этой температуре о

1-2 ч и последующее охлаждение. на воздухе.

После предварительной объемной термообработки рельсы подвергают поверхностной закалке с нагрева ТВЧ, при этом технологические параметры термообработ ки следующие. Нагрев головки рельса до

980 С; частота тока 2400 Ги; скоо . рость перемещения рельсов в агрегате

5 804702 6

15 мм/с; охлаждение сжатым воздухом при 3,5 - 4 атм, температуры самоотпуска — 450 С.

После первой поверхностной закалки с нагрева ТВЧ рельсы подвергают доправке на штемпельном прессе и затем снова — поверхностной закалке с нагрева

ТВЧ при следующих технологических параметрах термообработки. Нагрев головки рельса до 930-940 С) частота токао

2400 Гц; скорость перемещения рельсов в агрегате - 30 мм/с вид охлажденияводовоздушная смесь, расход воды в водовоздушной смеси — 12-2,5 л/мин, давление воздуха в водовоздурпной смеси—

2,0 атм, температура самоотпуска—

450 С.

В результате термической обработки в металле головки рельса на глубине

7 мм образуется мелкодисперсная структура троостит закалки (слой 1) с мелкими плотно расположенными карбидами в ферритной составляющей, после чего на глубине от 7 до 15 мм располагается. структура троостосорбит, сорбит закалки (слой 2). При этом металл остальных элементов профиля рельса (центральная часть головки, шейка и подошва) имеют структуру зернистого rrepnara (т. е. структуру после сфероидизирующего отжига).

Способ термической обработки рельсов характеризуется результатами, приведенными в таблице.

Изобретение по сравнению с прототипом обеспечит повышение контактной выносливости на 16% и износостойкости на 1 8 еа счет проведения предварительной объемной термообработки рельсов и

"малого термоциклирования.

По сравнению с известным аналогич» ным техническим решением изобретение обладает следующими преимуществами.

Отпадает необходимость в проведении отпуска после первой поверхностной закалки с нагрева ТВЧ; получают дисперсную структуру с плотным расположением карбидов и мелким зерном аустенита на глубину, превышающую глубину залегания максимальных касательных напряжений, способствуя тем самым повышению контактной выносливости и износостойкости головки рельса, а также понижению температуры порога хладноломкости; за счет однородности структуры верхнего закаиеиного слоя глубиной до 6-8 мм, образующегося после "малого" термоциклирования, обеспечивается наличие площадки" твердости, способствующей увеличению сопротивления зарождения

804702 усталостных трещин н их последующее развитие в процессе эксплуатации.

Эконс лический эффект от использования изобретения получается за счет повышения эксплуатационной стойкости рельсов в l>4 -3.,5 раза по сравнению с закрепленными в масле.

Я

CD

Ж

О т 1

Т

Г»

О

О

Я

О (О о

Ж

l

О < с с

О

CD о

Ф

CO

Р

$ o

Й б

a o бй ъ о и а. ь -» о

I м (ч 6 а а и д о

I оо (95 а 5 ((„И

) Ц о (р

< o

3 Ц

Л2 о и

gg о ц ж „а о (б

u g o а

Зф Q и

Х б

l и

er ,б) о-å о б и о ь о (б б

IQ

М ю о

Ю а EO

O и

Э

Ь и о

"o

<б

1 Х

gO (б р (б о Ь о д и а

804702

Ь б

Ф (» " o о иодд о.. к

CO > (Q

1 и сб. (б & Ц И

u

О o 8 В и

Ж . 1 - у, < Q)

О о Д ф сО

I ж б >

Формула

Способ термической обработки рельсов по авт. св. М 434113, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения контактной выносливости и износостойкости, после поверхностной закалки проводят дополнительную поверхностную за11 804702 L2 изобретения калку головки рельса на глубину, не превышающую половины глубины закаленного слоя после первой поверхностной закалки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 434113, кл. С 21 33 9/04, кл. С 21 2 1/78, 1972.

Составитель И. Столярова

Редактор Н. Минко Техред М.Рейвес Корректор О. Билак

Заказ 10821/41 Тираж 629 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,,ул. Проектная, 4