ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей

Классы МПК:C21D1/06 поверхностная закалка 
C21D9/34 бандажей; ободьев колес 
Патентообладатель(и):Петров Артём Сергеевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-07-13
публикация патента:

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей и может быть использовано для упрочнения рабочих трущихся поверхностей рельс и колес подвижного состава, в частности изобретение относится к способу упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар. Для повышения износостойкости трущихся поверхностей колеса и увеличения срока эксплуатации колеса на поверхности катания и гребня создают полосы с модифицированной структурой, имеющие механические свойства, отличные от механических свойств основного металла, при этом упомянутые полосы создают переменной ширины и глубины по периметру гребня колеса. 1 табл., 7 ил., 1 пр.

Рисунки к патенту РФ 2534885

способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885

Изобретение относится к области термомеханической обработки деталей и может быть использовано в машиностроительной промышленности для упрочнения рабочих/трущихся поверхностей деталей машин и механизмов, в частности изобретение относится к способу упрочнения изнашиваемых поверхностей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар.

Известен способ поверхностной электроконтактной закалки деталей, в котором для получения заданной глубины закаленного слоя контактные ролики прижимают к поверхности обрабатываемой детали давлением 0,6-0,8 от предела текучести материала детали и сообщают им движение с определенной скоростью (SU 1713943 A1, 23.02.1992).

Известен также способ поверхностной электроконтактной закалки деталей, согласно которому нагрев поверхности осуществляют пропусканием электрического тока через контактные элементы, прижимаемые к обрабатываемой детали с определенным давлением и перемещаемые с требуемой скоростью, с последующим охлаждением зоны нагрева. При этом между контактными элементами создается давление на поверхности детали (SU 325092 A1, 23.07.1987).

Недостатком известных способов является высокий уровень остаточных внутренних напряжений при термообработке рельс и колес подвижного состава, что снижает их эксплуатационную надежность.

Известен способ упрочнения поверхностей электроконтактной термообработкой, включающий нагрев пропусканием электрического тока через контактные элементы, прижимаемые к обрабатываемой поверхности под давлением, охлаждение зоны нагрева, в результате чего получают упрочненные полосы с модифицированной структурой (RU 2158313 C1, 27.10.2000).

В известном способе получают полосы, которые имеют одинаковую глубину по длине полосы.

Однако, исходя из физики взаимодействия трущихся поверхностей, необходимо отметить два факта: 1) глубина упрочненной полосы в исходном состоянии будет иметь максимальное значение - bo, а в процессе работы детали будет идти износ поверхности и уменьшение глубины упрочненной полосы bi (фиг.1)); 2) в процессе взаимодействия на поверхности возникают касательные - срезающие напряжения, возникающие за счет сил трения, которые имеют максимальное значение - способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 max на поверхности и уменьшаются по глубине (фиг.2). Сочетание двух факторов приводит к тому, что по мере увеличения износа уровень срезающих (касательных) напряжений, воздействующих на зону перехода от упрочненного металла к основному металлу, увеличивается (при этом bi<bo , a способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 I>способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 0). Следовательно, возрастает вероятность деформации, отслаивания или выкрашивания металла, а в итоге происходит уменьшение уровня износостойкости поверхностей.

Задачей данного изобретения является повышение уровня износостойкости поверхностей деталей, преимущественно поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар, увеличение сроков их эксплуатации и снижение эксплуатационных расходов.

Данная задача в способе упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей решается за счет снижения касательных напряжений, воздействующих на зону перехода) от упрочненного металла к основному металлу. Это достигается за счет того, что в металле у поверхности создают полосы с модифицированной структурой, имеющие механические свойства, отличные от механических свойств основного металла, при этом упрочненные полосы с модифицированной структурой создают постоянной или переменной шириной по длине полосы и переменной глубиной по длине полосы (фиг.3). То есть способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 i раскладывается на напряжения, действующие по нормали способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 н, и вдоль зоны перехода способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 i-п, при этом способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 i-пспособ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 способ упрочнения изнашиваемых поверхностей деталей, патент № 2534885 ш.

При обработке поверхности полосы с иными, чем у основного металла детали, в частности рельса, механическими свойствами могут быть получены с помощью различных видов обработки, таких как сварка, термообработка лазером, плазмой или электроконтактным методом, пластическим деформированием. Получают полосы с различными геометрическими характеристиками: при одной и той же ширине полосы глубина воздействия может быть переменной (см. фиг.4), а также могут быть получены зоны с одновременным изменением и ширины и глубины (см. фиг.5).

Пример.

Для оценки влияния предлагаемого упрочнения проводилось упрочнение цельнокатаных железнодорожных колес, изготовленных из колесной стали марки 2 ГОСТ 10791 (см. таблицу).

Таблица
Химический состав стали, %
Марка сталиСMn SiP SGrNi CuV
2 0,55-0,650,5-0,9 0,2-0,42<0,035 <0,04<0,25 <0,25<0,25 -

Для изменения ширины и глубины упрочненной зоны использован режим импульсной электроконтактной обработки металла с изменением тепловложения вдоль траектории движения источника теплоты. К поверхности на гребне колеса прижималось два роликовых электрода для получения двух ленточных полос. Колесная пара приводилась во вращение, что обеспечивало линейную скорость движения V=5 мм/с.

В ходе подготовки данного патента были проведены соответствующие работы. При обработке вначале задавался ток I 1=4 750 A, который протекал на протяжении импульса t И-1=0,14 с, затем ток отключался и наступала пауза t П-2=0,6 с. Последовательно было сделано N1=5 циклов (время цикла tЦ-1=tИ-1+tП-1 ). После чего задавался ток меньшей величины I2=3000 A, с временем импульса tИ-2=0,08 с и временем паузы tП-2=0,08 с. Было реализовано N2=6 циклов нагрева вторым током I2. Периодическое изменение в задании импульсов первого и второго токов продолжалось до полного упрочнения гребня по всему периметру (фиг.6).

В итоге получены кольцевые полосы, ширина c=var и глубина которых b=var изменялась соответственно:

при токе I 1 C1-max=5,6 мм, b1-max=2,1 мм;

при токе I2 c2-min=3,4 мм, b2-min=1,2 мм (фиг.7).

Эксплуатационные испытания показали, что при пробеге электрички 28000 км износ гребней цельнокатаных колес с упрочненными четырьмя полосами в 2 раза меньше, чем у колес без упрочнения. При этом в упрочненных зонах с модифицированной структурой выкрашивания и других дефектов нет.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ упрочнения изнашиваемой поверхности железнодорожного колеса, включающий нагрев поверхности катания и гребня колеса с созданием полос с модифицированной структурой, имеющих механические свойства, отличные от механических свойств основного металла, отличающийся тем, что нагрев осуществляют с обеспечением изменения тепловложения вдоль траектории вращения колеса и создают упомянутые полосы с модифицированной структурой переменной ширины и глубины по периметру гребня колеса.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2534885

patent-2534885.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C21D1/06 поверхностная закалка 

Патенты РФ в классе C21D1/06:
шестерня и способ ее изготовления -  патент 2507298 (20.02.2014)
способ термической обработки изделий типа штоков -  патент 2491355 (27.08.2013)
устройство для плазменной обработки плоских изделий -  патент 2490334 (20.08.2013)
способ упрочнения лемехов плугов -  патент 2460810 (10.09.2012)
способ электромеханической обработки деталей машин -  патент 2457258 (27.07.2012)
способ термической обработки деталей из конструкционной стали пониженной и регламентированной прокаливаемости -  патент 2450060 (10.05.2012)
способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей -  патент 2439172 (10.01.2012)
нитроцементированная стальная деталь с индукционной закалкой с повышенной усталостной прочностью поверхности при высокой температуре и способ ее производства -  патент 2437958 (27.12.2011)
способ электромеханической обработки деталей машин -  патент 2414514 (20.03.2011)
способ закалки стальных изделий -  патент 2386705 (20.04.2010)

Класс C21D9/34 бандажей; ободьев колес 

Патенты РФ в классе C21D9/34:
обработка железнодорожных колес -  патент 2495144 (10.10.2013)
способ упрочнения локомотивных и вагонных колес -  патент 2454469 (27.06.2012)
способ термической обработки железнодорожных колес -  патент 2451093 (20.05.2012)
способ упрочнения железнодорожных колес и железнодорожное колесо с упрочненной рабочей поверхностью -  патент 2430166 (27.09.2011)
способ и устройство для плазменной обработки тела вращения -  патент 2401310 (10.10.2010)
способ лазерной обработки поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар -  патент 2389805 (20.05.2010)
способ термического упрочнения железнодорожных колес -  патент 2353672 (27.04.2009)
устройство для охлаждения и обработки нагретых деталей, имеющих форму тел вращения, из металлических материалов, таких, как сталь, и способ охлаждения и обработки нагретых деталей -  патент 2277132 (27.05.2006)
способ термической обработки катков гусеничных машин -  патент 2240359 (20.11.2004)
способ восстановления работоспособности колёс рельсового транспорта -  патент 2222613 (27.01.2004)


Наверх