Слиток для изготовления железнодорожных колес

Слиток для изготовления железнодорожных колес

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

< 992116

Союз Советски к

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ант. свид-ву

{22) Заявлено 05. 08.80 (21) 2968218/22-02 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30. 01.83. Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 02.02. 83 (51)М. Кл.

В 22 9 7/00

Гееудеретеекай квинтет

СССР ао делам кзебретеккк н открытки (53) УД К621 ° 746 °

° 393 (088. 8) 6.Ф. Антипов, Дараасова, Н.И. Исаев, М.А. Стамбульчик, К.С. Касьянова, И.П. Сидоров, А.В. Шумилин, А.И. Яценко, И. П . Федорова, В .С . Лучкин и Н . Г. Иирошни (72) Авторы изобретения о, Институт черной металлургии (71) Заявитель (54) СЛИТОК ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ

КОЛЕС

Изобретение относится к технологии отливки слитков,e частности слитков для изготовления железнодорожных колес.

Для изготовления .железнодорожных колес используются слитки с выпуклы5 ми гранями и вогнутыми ребрами, выполненные в виде усеченного конуса.

Шести-и семизаготовочные слитки отливают с отношением длины тела слитка к диаметру по вогнутым граням меньшего конуса, которые составляют соответственно 4,5-4,6 и отношением диаметров меньшего и большего конусов соответственно по выпуклым и вогнутым ребрам s пределах 0,88-0,9 (1).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является слиток с конфигурацией поперечного сечения, для которого -- = 0,895 и - --. = 2o.

1 Ь

4,53 (2).

Этот слиток удовлетворяет требованиям, предъявляемым к колесному слитку (заготовке).

Однако получения удовлетворительной макроструктуры и минимальных значений химической макро- и микронеоднородности указанная конструкция не обеспечивает. Так, зона внеосевой ликвации и максимальной химической неоднородности при использовании слитка с отношением Ь/Ц „„„„ равным 4,53 после деформации колесной заготовки на прессах попадает в зону перехода от диска к ободу и в обод колеса, что является нежелательным с точки зрения обеспечения эксплуатационной надежности колеса.

Цель изобретения — повышение физико-механических свойств слитка.

Поставленная цель достигается тем, что в слитке для изготовления железнодорожных колес, содержащем прибыльную часть и тело, выполненное в виде усеченного конуса, расширенного кверху, с волнистой боковой. поверхностью в виде впадин и выступов и с диаметром меньшего основания, равным 0,88-0,9

992116 4 диаметра большего основания, высота тела слитка равна ч,9,-5,1 диаметра окружности меньшего основания по впадинам.

На фиг. 1 — изображен слиток, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Нижний предел интервала обусловлен необходимостью получения опредеденных значений по сужению зон максимальной химической неоднородности и внеосевой ликвации с целью ограничения их распространения после деформации в область перехода от диска к ободу и в обод колеса. Расширение интервала за счет увеличения отношения L/Ö,<„T5,1 недает существенного снижения объема осевой и внеосевой ликвации, кроме того вызывает увеличение. объема усадочной микропористости в зоне вторичной усадки.

Одним иэ необходимых условий повышения эксплуатационной надежности является повышение усталостной и динамической прочности, которые являются основными характеристиками конструктивной прочности колеса. Так, для ряда материалов получена довольно хорошая корреляция между пределом выносливости и произведением статического предела прочности на величину относительного сужения.

Уровень относительного сужения и его аниэотропия являются наиболее чувствительной характеристикой степени дендритной химической неоднородности стали. Металлографическим показателем аниэотропности в колесной стали является полосчатая волокнистая структура и ориентированное по этой полосчатости распределение неметаллических включений. Основаниемм определяюще го з на чения дендритной ликвации в отношении аниэотропии механических свойств (ф, С11 3 является тот факт, что преобладающее количество неметаллических включений само по себе является результатом дендритной ликвации О, N, $ (за исключением экзогенных включений) .

В наибольшей степени волокнистость имеет место в диске колеса и в области переходов от диска к ободу и ступице, т.е. в элементах, подвергающихся в результате эксплуатации максимальным рабочим (статическим и динамическим), термическим и усталостным нагрузкам.

Аниэотропия колесной стали по пластическим характеристикам в горячекатанном состоянии в зоне, прилегающей к ступице, составляет 60-704 абсолютной величины.

Задача снижения уровня химической неоднородности в колесном слитке и

1о осуществление мероприятий, направленных на интенсификацию процесса выравнивания химической неоднородности при нагреве колесной заготовки под деформирование, являются ак15 туапьной задачей.

При кристаллизации слитков в чугунных изложницах без принудительного ускоренного теплоотвода степень дендритной ликвации на расстоянии

150 мм от поверхности слитков приближается к постоянной максимальной величине. Исходя из сказанного, можно предположить, что с увеличением отношения L/D „ уменьшается зона максимальной химической неоднородности по радиусу слитка (заготовки) и, как будет показано ниже, вероят- ность распространания этой зоны пос.ле деформирования заготовки в об30 пасть перехода от диска к ободу. и в обод колеса.

Дпя максимального снижения уровня дендритной химической неоднородности необходимо создать условия, предельно способствующие интенсивно35 му протеканию диффузии при нагреве под деформирование. Скорость выравнивания химической неоднородности в осях и межосных участках обратно

40 пропорциональна квадрату расстояния между участками с максимальной и минимальной концентрацией. Следовательно, эффективность процесса гомогенизации будет большей для мелкого слитка или.для периферийных его слоев.

Учитывая также, что диффузионные процессы во времени следуют квадратичной зависимости и падают в логарифмической зависимости от температуры, становится очевидным преимущество ,конструкции слитка с предлагаемым отношением L/D,„ вследствие более интенсивного выравнивания химической неоднородности в заготовке с увеличением указанного отношения при ее

55 нагреве под деформирование.

В условиях Выксунского металлургического завода отлита опытная плавка с использованием изложниц двух

16 6 ственно по впадинам для слитков .предлагаемой конструкции и используемых в настоящее время составляет 0,880,89, 9921

5 конструкций. Были получены слитки с предлагаемым отношением длины тела слитка к диаметру его меньшего конуса по впадинам равным 5,069 и фактическим, используемым в настоящее время, равным 4,59. Отношение диаметров меньшего конуса к большему соответИзвестная конструкция

Предлагаемая конструкция

Размеры, мм

Сужение зоны внеосевой и осевой ликвации по диаметру на сравнительном слитке предлагаемой конструкции составляет соответственно 50 и 40 мм. >

Поскольку зона внеосевой и осевой ликвации характеризуется повышенным содержанием вредных примесей и газов, то ограничение ее распространения после деформации заготовки также буТ а б л и ц а 2 иаметр зоны осевой ликвации, мм,122

Диаметр зоны внеосевой ликвации, мм

170

220

Высота колесной заготовки на участке наибольmего удаления от оси слитка осевой ликвации, мм

305

285

Высота колесной заготовки на участке наибольmего удаления от оси слитка внеосевой ликвации, мм

278

315 галии

И 2.пни 1 и ОН

1 юа

4 70

530

В табл. 1 приведены фактические размеры слитков. !

Таблиц а1

"90

550

1 дет способствовать улучшению макроструктуры диска и повышению эксплуатационной надежности колеса.

Параметры зон осевой и внеосевой ликвации в. колесных заготовках в сравниваемых слитках предлагаемой и известной конструкции приведены в табл. 2.

992116

Продолжение табл. 2

Объем зоны осевой ликвации, см

1532

3330

Объем зоны внеосевой ликвации, м3 12570

7146

Формула изобретения

Как видно из представленных дан- . ных, объем зоны осевой и внеосевой ликвации в предлагаемой конструкции tS слитка в 2,2 и в 1,76 меньше, чем в слитке известной конструкции.

Исследование механических свойств в диске колес, прокатанных из заготовок, отобранных из сравнительных щ слитков показало, что относительное сужение в колесе из слитка предлагаемой конструкции на 53 выше, чем в сравнительном слитке.

Уменьшение анизотропности по плас- 2ю тическим характеристикам в колесе из слитка предлагаемой конструкции составляет 10/.

Экономическая эффективность от внедрения предлагаемой конструкции зв в условиях Выксунского металлургического завода составляет 144 тыс. руб. и выражается в снижении себестоимости вследствие уменьшения объема прибыли с 11,8 для llew (без изменения картины распределения осевой усадочной пористости по высоте и радиусу слитка) и уменьшения отходов в стружку при разделении слитков на слиткораэрезных станках 1уменьшение исходного диаметра слитка при сохране-! ни@ окончательного диаметра, до кото рого производится надреэка слитка на слиткоразрезных станках) .

Слиток для изготовления железнодорожных колес, содержащий прибыльную часть и тело, выполненное в виде усеченного конуса, расширенного кверху, с волнистой боковой поверхностью в виде впадин и выступов и с диаметром меньшего основания, равным

0,88-0,9 диаметра большего основания, отличающийся тем, что, с целью повышения физико-механических свойств слитка, высота тела слитка равна 4,9- 5,1 диаметра окружности меньшего основания по впадинам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Сталь!, 1965, М 7, с. 610-613.

2. Совершенствование технологии ,производства и повышение качества цельнокатаных железнодорожных колес.

Отчет ИТ 11-76; инв. 11 Б 720479, ИЧМ, Днепропетровск, 1978, с. 180.