способ упрочнения стальных колес

Формула изобретения

Способ упрочнения стальных колес, включающий термическую обработку поверхности профиля катания колеса и ее армирование элементами жесткости, обладающими твердостью, превосходящей твердость материала, в котором элементы жесткости выполнены, отличающийся тем, что элементы жесткости выполнены в виде дорожек, причем дорожки, опоясывающие поверхность профиля катания колеса, выполняют разомкнутыми и со смещением мест разрыва дорожек между собой, при этом соотношение высоты сечения дорожки к его ширине соответствует 1 к 3-5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к методам упрочнения стальных литых колес и цельнокатаных колес.

Известен способ упрочнения стальных колес [1], включающий термическую обработку поверхности профиля катания колеса и ее армирование элементами жесткости, обладающими твердостью, превосходящей твердость материала, в котором они выполнены. Армирование поверхностного слоя производят путем выполнения отверстий, стенки которых обладают повышенной твердостью, являясь элементами жесткости.

Недостаток способа заключается в том, что отдельно выполненные участки твердости недостаточно связывает объем металла и при образовании проката колеса в процессе эксплуатации происходит смещение металла поверхностного слоя. Другим недостатком является то, что при некачественной лазерной обработке отверстий возникают участки с внутренними напряжениями, отличными от напряжений соседних участков и от напряжения металла поверхностного слоя катания колеса, и при наличии дефектов металла, а именно пустот, расслоений и т. д. возможна поломка колеса. И кроме того, при динамических ударах, возникающих при движении на стыках рельсов, стрелочных переходах и прочее, локальность элементов жесткости приводит к выкрашиванию металла и как следствие к поломке колеса. И все это приводит к снижению эксплуатационной стойкости колеса.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационной стойкости колеса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе упрочнения стальных колес, включающий термическую обработку поверхности профиля катания колеса и ее армирование элементами жесткости, обладающими твердостью, превосходящей твердость материала, в котором они выполнены, элементы жесткости выполняют в виде дорожек, причем дорожки, опоясывающие поверхность профиля катания колеса, выполняют разомкнутыми и со смещением мест разрыва дорожек между собой, при этом соотношение высоты сечения дорожки к его ширине соответствует 1 к 3 - 5.

Такое выполнение способа, при котором элементы жесткости выполняют в виде дорожек, причем дорожки, опоясывающие поверхность профиля катания колеса, выполняют разомкнутыми и со смещением мест разрыва дорожек между собой и при этом соотношение высоты сечения дорожки к его ширине соответствует 1 к 3 - 5, позволяет связать объем металла поверхности катания достаточно для устранения его перемещения в виде проката и уменьшить площадь контакта поверхности катания колеса с рельсом и тормозными колодками и в итоге повысить эксплуатационную стойкость колеса.

На фиг. 1 приведена схема выполнения способа.

На поверхности 1 катания колеса 2 выполнены дорожки 3 жесткости, твердость которых превышает твердость материала, в котором они выполнены. Соотношение высоты h сечения 4 дорожки 3 к его ширине L соответствует 1 к 3 - 5. Дорожки 3, опоясывающие поверхности 1 профиля катания колеса 2, выполнены разомкнутыми и со смещением мест 5 разрыва дорожек между собой.

Способ упрочнения стальных колес 2 реализуют следующим образом. В соответствии с химическим составом металла колеса 2 подбирают определенную мощность лазерного излучения. Сфокусированный лазерный луч направляют вертикально к обрабатываемой поверхности 1 колеса 2 при одновременном вращении последнего. Фокус лазерного луча располагают над обрабатываемой поверхностью 1 или внутри металла на глубину, достаточную для нагревания и образования дорожки 3 жесткости с соотношением высоты h сечения к его ширине L=1 к 3 - 5. Такое соотношение размеров оптимально для фазовых превращений металла и формирования армирующей дорожки с твердостью, превышающей твердость материала, в котором она выполнена. Полученная стабильная форма сечения 4 упроченного слоя имеет плавный переход твердости от повышенной на поверхности сечения к исходной твердости металла в любом радиальном направлении. Переход с одной дорожки 3 на другую производят путем плавного включения и выключения источника лазерного излучения. В случае выполнения дорожек 3, опоясывающих поверхность катания колеса 2, их выполняют разомкнутыми и со смещением мест разрыва 5 дорожек 5 между собой.

Для проверки возможностей способа произвели армирование колесной пары диаметром 970 мм газовым лазером мощностью 1,4 кВт. Выполнены дорожки жесткости шириной сечения 4,5 - 5 мм и высотой 1,2 мм. Эксплуатационные испытания показали, что при пробеге 56000 км прокат колесной пары составил 0. В то же время контрольная необработанная колесная пара при таком де пробеге показала прокат поверхности = 0,9 мм.

Внедрение данного способа позволяет получать значительный экономический эффект; так как при армировании 240 колесных пар экономический эффект составил > 3 миллиардов рублей.