RU2430166C1 - Procedure for strenghening railroad wheels and railroad wheel with strengthened working surface - Google Patents
Procedure for strenghening railroad wheels and railroad wheel with strengthened working surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2430166C1 RU2430166C1 RU2010107411/02A RU2010107411A RU2430166C1 RU 2430166 C1 RU2430166 C1 RU 2430166C1 RU 2010107411/02 A RU2010107411/02 A RU 2010107411/02A RU 2010107411 A RU2010107411 A RU 2010107411A RU 2430166 C1 RU2430166 C1 RU 2430166C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheel
- depth
- working surface
- plasma
- hardening
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract 2
- 229910052728 basic metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000003818 basic metals Chemical class 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 7
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102220479482 Puromycin-sensitive aminopeptidase-like protein_C21D_mutation Human genes 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 3
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- 241000519995 Stachys sylvatica Species 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и термической обработки металлов, может быть использовано при производстве новых железнодорожных колес, а также в процессе их эксплуатации на железнодорожном и другом подвижном составе.The invention relates to the field of mechanical engineering and heat treatment of metals, can be used in the manufacture of new railway wheels, as well as in the process of their operation on railway and other rolling stock.
Известен способ усовершенствования объемной термической обработки железнодорожных колес (RU 2124056 С1, 27.12.98, МПК С21D 9/34) и бандажей при помощи объемного печного нагрева, заключающийся в регулировании скорости нагрева и охлаждения при закалке с последующим отпуском. К недостаткам данного технического решения можно отнести невысокие показатели износостойкости и трещинообразования вследствие того, что происходит термообработка всей поверхности крупногабаритного изделия.A known method of improving the volumetric heat treatment of railway wheels (RU 2124056 C1, 12.27.98, IPC C21D 9/34) and bandages using volumetric furnace heating, which consists in regulating the heating and cooling rate during quenching and subsequent tempering. The disadvantages of this technical solution include low indicators of wear resistance and cracking due to the fact that there is a heat treatment of the entire surface of a large product.
Известен также способ плазменной термообработки изделий, заключающийся в нагреве поверхности изделий плазменной дугой, создаваемой анодом и катодом, направленной под углом к плоскости обработки, размещении анодного пятна на аноде и воздействии на электрическую дугу постоянным магнитным полем (RU 2121514 С1, 10.11.1998, МПК С21D 1/09). К недостаткам данного технического решения относится то, что низкотемпературная плазма расфокусирована за счет отражения от вращающегося анода, осуществляет косвенный нагрев высокотемпературным газом поверхностного слоя самой низкотемпературной областью плазмы и не является по физической сущности концентрированным источником нагрева, а следовательно, скорости нагрева и охлаждения очень низкие и сопоставимые с газопламенной закалкой.There is also known a method of plasma heat treatment of products, which consists in heating the surface of the products with a plasma arc created by the anode and cathode, directed at an angle to the processing plane, placing the anode spot on the anode and exposing the electric arc to a constant magnetic field (RU 2121514 C1, 10.11.1998, IPC C21D 1/09). The disadvantages of this technical solution include the fact that the low-temperature plasma is defocused due to reflection from the rotating anode, indirectly heats the surface layer with the high-temperature gas, the lowest temperature region of the plasma, and is not a concentrated source of heating in physical essence, and therefore, the heating and cooling rates are very low and comparable to flame quenching.
Известны колесные пары, получаемые в результате обработки по способу упрочнения, описанному в патенте RU 2183223 С2, 10.06.2002. К недостаткам указанного колеса относится малая глубина упрочненного слоя, что сказывается на оптимальном сочетании твердости и пластичности упрочненного слоя и образовании ползунов и белых пятен на поверхности при торможении.Wheel sets are known that are obtained as a result of processing by the hardening method described in patent RU 2183223 C2, 10.06.2002. The disadvantages of this wheel include the shallow depth of the hardened layer, which affects the optimal combination of hardness and ductility of the hardened layer and the formation of sliders and white spots on the surface during braking.
Это, в свою очередь, не позволяет получить в поверхностном слое высокодисперсную структуру мартенсита, как следствие невысоких показателей повышения износостойкости.This, in turn, does not allow obtaining a finely dispersed martensite structure in the surface layer, as a result of low indicators of increasing wear resistance.
Наиболее близким аналогом по п.1 формулы изобретения принимается способ упрочнения железнодорожного колеса, включающий нагрев рабочей поверхности колеса плазменной дугой плазмотрона, расположенного перпендикулярно и дистанционно рабочей поверхности вращающегося колеса, и последующую поверхностную закалку (RU 2064511 С1, от 27.07.1996, МПК C21D 9/34, С21D 1/09). Плазменную струю (дуга косвенного действия) располагают перпендикулярно поверхности колеса и при значениях электрической мощности плазмотрона 35-45 кВт, линейной скорости вращения колеса 4-10 мм/мин, при дистанции упрочнения 40-55 мм, осуществляют закалку поверхностного слоя колеса. При этом оптимальной структурой поверхностного слоя считается 13-18% сорбита, остальное мартенсит. Процесс ведут без оплавления поверхностного слоя. В данном аналоге описано железнодорожное колесо, имеющее на рабочей поверхности упрочненный слой. Проведенные авторами исследования показали, что при упрочнении рабочей поверхности колес путем закалки пламенем азотной плазмы возможно получение нескольких типов структур: от структуры, состоящей из мартенсита, до структур, содержащих различный процент сорбита закалки в сочетании с мартенситом. По результатам испытаний, в которых моделировались реальные условия эксплуатации колес, выбрана оптимальная структура, которая состоит из 130-18 процентов сорбита закалки, остальное мартенсит. Однако такая микроструктура колеса не обладает оптимальным сочетанием прочности и пластичности, что приводит к его сокращенному сроку службы.The closest analogue according to claim 1 is a method of hardening a railway wheel, including heating the working surface of the wheel with a plasma arc of a plasma torch located perpendicularly and remotely to the working surface of the rotating wheel, and subsequent surface hardening (RU 2064511 C1, dated July 27, 1996, IPC C21D 9 / 34, C21D 1/09). The plasma jet (indirect arc) is placed perpendicular to the surface of the wheel and with electric torch values of 35-45 kW, linear wheel rotation speed of 4-10 mm / min, and hardening distance of 40-55 mm, the surface layer of the wheel is quenched. In this case, 13-18% sorbitol is considered the optimal structure of the surface layer, the rest is martensite. The process is conducted without melting the surface layer. This analogue describes a railway wheel having a hardened layer on the working surface. The studies conducted by the authors showed that when hardening the working surface of the wheels by quenching with nitrogen plasma, several types of structures are possible: from a structure consisting of martensite to structures containing a different percentage of quenching sorbitol in combination with martensite. According to the test results, in which the actual operating conditions of the wheels were modeled, the optimal structure was selected, which consists of 130-18 percent of quenching sorbitol, the rest is martensite. However, such a microstructure of the wheel does not have the optimal combination of strength and ductility, which leads to its reduced service life.
В качестве плазмообразующего газа используют азот, воздух. Этот способ наиболее близок к предлагаемому способу упрочнения и принят за прототип к изобретению.As a plasma-forming gas, nitrogen and air are used. This method is closest to the proposed method of hardening and adopted as a prototype of the invention.
Существенными недостатками способа, принятого за прототип, являются:Significant disadvantages of the method adopted for the prototype are:
- низкий кпд процесса упрочнения: 0,55-0,70 (большая часть тепла, генерируемая в плазмотроне косвенного действия, идет на разогрев анода, а не изделия);- low efficiency of the hardening process: 0.55-0.70 (most of the heat generated in the indirect plasma torch is used to heat the anode, not the product);
- высокая мощность плазмотрона 35-45 кВт, что увеличивает себестоимость упрочнения колесной пары;- high power of the plasma torch 35-45 kW, which increases the cost of hardening the wheelset;
- высокая мощность плазмотрона, что приводит к увеличению габаритов оборудования и сложности их обслуживания;- high power of the plasma torch, which leads to an increase in the dimensions of the equipment and the complexity of their maintenance;
- большие габариты используемого оборудования, которые не позволяют его компактно разместить под электровозом;- the large dimensions of the equipment used, which do not allow it to be compactly placed under an electric locomotive;
- небольшие скорости вращения колеса (4-10 мм/с), что приводит к перегреву при нагреве колесной пары и, как следствие, получению большого размера аустенитного зерна, что при следующей операции охлаждения приводит к средним размерам кристаллов мартенсита и образованию феррито-перлитной сетки по всему сечению упрочненного слоя;- low speeds of rotation of the wheel (4-10 mm / s), which leads to overheating when the wheelset is heated and, as a result, to obtain a large size of austenitic grain, which during the next cooling operation leads to average sizes of martensite crystals and the formation of a ferrite-pearlite mesh over the entire cross section of the hardened layer;
- большая дистанция обработки, что вызывает подсос атмосферы в плазменную струю и способствует окислению поверхностного слоя и адсорбции водорода. Водород в упрочненном слое способствует образованию трещин и водородной хрупкости, а следовательно, снижению износостойкости (Балановский А.Е, Нестеренко Н.А. Проблема водорода при плазменном поверхностном упрочнении. «Сварочное производство», 1992, №11, с.13-15);- a large processing distance, which causes the suction of the atmosphere into the plasma jet and contributes to the oxidation of the surface layer and hydrogen adsorption. Hydrogen in the hardened layer contributes to the formation of cracks and hydrogen embrittlement, and therefore, to reduce wear resistance (Balanovsky A.E., Nesterenko N.A. The problem of hydrogen in plasma surface hardening. "Welding", 1992, No. 11, p.13-15) ;
- не указана минимальная и максимальная ширина упрочненного слоя;- the minimum and maximum width of the hardened layer are not indicated;
- не указана минимальная и максимальная твердость поверхностного слоя.- the minimum and maximum hardness of the surface layer are not indicated.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является снижение энергоемкости процесса, упрощение процесса обработки, повышение износостойкости железнодорожных колес за счет получения оптимальной толщины и структуры поверхностного слоя.The task to which the claimed technical solution is directed is to reduce the energy intensity of the process, simplify the processing process, increase the wear resistance of railway wheels by obtaining the optimal thickness and structure of the surface layer.
Для решения задачи способ упрочнения железнодорожных колес включает нагрев рабочей поверхности колеса плазменной струей плазмотрона, расположенного перпендикулярно и дистанционно рабочей поверхности вращающегося колеса, и последующую поверхностную закалку, при этом нагрев рабочей поверхности осуществляют аргоновой плазменной дугой прямого действия при линейной скорости вращения колеса 6-32 мм/с и дистанции обработки 10-30 мм, причем в процессе нагрева осуществляют магнитную осцилляцию плазменной дуги с треугольной формой импульса напряжения и амплитудой сканирования 20-45 мм.To solve the problem, the method of hardening railway wheels includes heating the working surface of the wheel with a plasma jet of a plasma torch located perpendicularly and remotely to the working surface of the rotating wheel, and subsequent surface hardening, while the working surface is heated with a direct-acting argon plasma arc with a linear wheel speed of 6-32 mm / s and the processing distance of 10-30 mm, and during heating, magnetic oscillation of the plasma arc with a triangular pulse shape on maskers and scanning amplitude of 20-45 mm.
Железнодорожное колесо, имеющее на рабочей поверхности упрочненный слой, согласно изобретению отличается тем, что упрочненный поверхностный слой получают способом по п.1 формулы изобретения, при этом на глубине 0,2-0,8 мм он имеет структуру мартенсита с вкраплениями верхнего бейнита, на глубине от 0,8 до 1,8 мм - тросто-мартенситную структуру, на глубине от 1,8 до 2,5 мм - сорбито-мартенситную структуру, на глубине от 2,5 до 3,0 мм - структуру сорбита, а на глубине более 3 мм - феррито-перлитную структуру.A railway wheel having a hardened layer on the working surface according to the invention is characterized in that the hardened surface layer is obtained by the method according to claim 1, while it has a martensite structure interspersed with upper bainite at a depth of 0.2-0.8 mm, at a depth of 0.8 to 1.8 mm, a reed-martensitic structure, at a depth of 1.8 to 2.5 mm, a sorbitol-martensitic structure, at a depth of 2.5 to 3.0 mm, a sorbitol structure, and more than 3 mm deep - ferrite-pearlite structure.
Применение плазменной дуги прямого действия позволяет в 2-3 раза снизить мощность плазмотрона. Использование в качестве плазмообразующего газа аргона, аргона в смеси с гелием, аргона в смеси с углеродосодержащими газами позволяет снизить напряжение холостого хода источника питания с 200 В до 60-90 В, что снижает энергоемкость процесса упрочнения, уменьшает габариты оборудования, защищает обрабатываемую поверхность от кислорода и водорода.The use of a plasma arc of direct action allows you to reduce the power of the plasma torch by 2–3 times. The use of argon, argon mixed with helium, argon mixed with carbon-containing gases as a plasma-forming gas allows to reduce the open circuit voltage of the power source from 200 V to 60-90 V, which reduces the energy consumption of the hardening process, reduces the dimensions of the equipment, protects the treated surface from oxygen and hydrogen.
Использование магнитного сканирования дуги позволяет увеличить площадь обрабатываемой поверхности, а использование пилообразной (треугольной) формы импульса напряжения на магнитной системе обеспечивает равномерный нагрев по всей амплитуде сканирования без образования застойных зон (где возможно оплавление поверхности), как в случае синусоидальной, прямоугольной, трапециевидной формы импульса напряжения. Нагрев сканирующей плазменной дугой позволяет увеличить глубину упрочненного слоя за счет большего времени пребывания металла при высоких температурах, что благоприятно сказывается на протекании и завершенности фазовых и структурных процессов в поверхностном слое металла.The use of magnetic scanning of the arc allows to increase the area of the processed surface, and the use of a sawtooth (triangular) shape of the voltage pulse on the magnetic system ensures uniform heating over the entire scanning amplitude without the formation of stagnant zones (where surface melting is possible), as in the case of a sinusoidal, rectangular, trapezoidal pulse shape voltage. Heating by a scanning plasma arc allows increasing the depth of the hardened layer due to the longer residence time of the metal at high temperatures, which favorably affects the course and completeness of phase and structural processes in the surface layer of the metal.
Указанные преимущества, по сравнению с прототипом, достигаются и тем, что нагрев сканирующей плазменной дугой осуществляют при обязательных условиях процесса нагрева плазменной дугой прямого действия с мощностью для оплавления поверхности изделий, с амплитудой сканирования 20-45 мм, линейной скоростью движения изделия 6-32 мм/с, дистанцией обработки 10-30 мм.These advantages, in comparison with the prototype, are achieved by the fact that the heating by a scanning plasma arc is carried out under the mandatory conditions of the heating process by a direct-acting plasma arc with a power to melt the surface of the products, with a scanning amplitude of 20-45 mm, a linear speed of the product of 6-32 mm / s, with a processing distance of 10-30 mm.
Испытания заявляемого способа плазменно-дугового упрочнения показали, что при соблюдении условий упрочнения в указанных пределах достигаются наиболее высокие положительные результаты упрочнения.Tests of the proposed method of plasma-arc hardening showed that, subject to the conditions of hardening within the specified limits, the highest positive hardening results are achieved.
Осуществление одновременного интенсивного охлаждения упрочненной поверхности изделия позволяет осуществить интенсивный отвод тепла, накопляемого в процессе упрочнения в объеме металла, и обеспечить равномерное распределение твердости по ширине и глубине упрочненного слоя.The simultaneous intensive cooling of the hardened surface of the product allows for the intensive removal of heat accumulated during hardening in the volume of the metal, and to ensure uniform distribution of hardness along the width and depth of the hardened layer.
Заявляемый способ иллюстрируется следующим примером. Так как заявляемый способ в основном ориентирован на конкретный объект применения - железнодорожные колеса, то необходимо выполнять требования ВНИИЖТа, существующие на железнодорожном транспорте в области безопасности движения подвижного состава.The inventive method is illustrated by the following example. Since the inventive method is mainly focused on a specific application - railway wheels, it is necessary to comply with the requirements of VNIIZhT existing on railway transport in the field of road safety of rolling stock.
Реализацию технологического решения в соответствии с указанными выше требованиями осуществляли на серийной установке УПНС-304 (завод «Электрик», РФ) с модернизированным плазмотроном с системой магнитной осцилляции. В качестве образцов использовали сегменты, вырезанные из железнодорожных колес (колесная сталь марки 2, ГОСТ 10791-89). В качестве механизма перемещения использовался стол с плавной регулировкой линейного перемещения от 0 до 60 мм/с.Implementation of the technological solution in accordance with the above requirements was carried out on a serial installation UPNS-304 (factory "Electric", RF) with a modernized plasma torch with a magnetic oscillation system. As samples used segments cut from railway wheels (wheeled steel grade 2, GOST 10791-89). As a movement mechanism, a table with smooth adjustment of linear movement from 0 to 60 mm / s was used.
В начале процесс упрочнения производили на модельном образце, на котором путем варьирования мощности плазмотрона, скорости линейного перемещения, амплитуды и частоты магнитной осцилляции определяли режимы упрочнения на соответствия их требованиям технологической инструкции. Каждый технологический параметр исследовался на минимум и максимум, при неизменных других параметрах, но так, чтобы процесс упрочнения осуществлялся, т.е. в поверхностном слое происходили закалочные процессы. При этом делалась металлографическая экспресс- оценка образцов на микротвердость, ширину и глубину упрочненного слоя.At the beginning, the hardening process was carried out on a model specimen, on which, by varying the power of the plasma torch, linear displacement velocity, amplitude and frequency of magnetic oscillations, hardening modes were determined for their compliance with the requirements of the technological instruction. Each technological parameter was investigated for minimum and maximum, with the other parameters unchanged, but so that the hardening process was carried out, i.e. quenching processes occurred in the surface layer. In this case, a metallographic express assessment of the samples for microhardness, width and depth of the hardened layer was made.
Первоначальная мощность(1 кВт) плазменной дуги не приводит к протеканию структурных и фазовых превращений в поверхностном слое колесной стали, однако при этом парометрические исследования зафиксировали на поверхности температуру 490 градусов Цельсия, что явно недостаточно для начала структурных перестроек в металле. Первые признаки закалки зафиксированы при повышении мощности плазменной дуги до значений 2,5 кВт, при неизменных других параметрах. Дальнейшее повышение мощности приводит к увеличению ширины и глубины поверхностного слоя металла, в котором более полно протекают структурные и фазовые превращения, что также подтверждается линейным характером увеличения твердости. На данном этапе с целью установления оптимальных параметров режимов упрочнения использовалась методика измерения только поверхностной твердости по шкале Роквелла, так как методика измерения микротвердости требует приготовления микрошлифов, что на этапе определения и нахождения оптимальных параметров упрочнения - очень громоздкая и трудоемкая операция. Однако в дальнейшем все найденные параметры были проверены с помощью металлографических исследований с измерениями микротвердости (как требуется согласно техническим условиям (ВНИИЖТа)).The initial power (1 kW) of the plasma arc does not lead to structural and phase transformations in the surface layer of the wheel steel, however, steam measurements recorded a temperature of 490 degrees Celsius on the surface, which is clearly not enough to begin structural rearrangements in the metal. The first signs of quenching were recorded with increasing power of the plasma arc to 2.5 kW, with other parameters unchanged. A further increase in power leads to an increase in the width and depth of the surface layer of the metal, in which structural and phase transformations proceed more fully, which is also confirmed by the linear nature of the increase in hardness. At this stage, in order to establish the optimal parameters of the hardening regimes, we used the method of measuring only surface hardness on the Rockwell scale, since the method of measuring microhardness requires the preparation of microsections, which is very cumbersome and laborious at the stage of determining and finding the optimal hardening parameters. However, in the future, all the parameters found were checked using metallographic studies with microhardness measurements (as required according to the technical conditions (VNIIZhT)).
Таким образом, на основании проведенных исследований установлены оптимальные параметры режимов поверхностного упрочнения железнодорожных колес, а именно когда нагрев сканирующей плазменной дугой осуществляют при обязательных условиях процесса нагрева плазменной дугой прямого действия с мощностью, равной 0,75-0,95% от мощности (13 кВт) для оплавления поверхности изделий, с амплитудой сканирования 20-45 мм, линейной скоростью движения изделия 6-32 мм/с, дистанцией обработки 10-30 мм.Thus, on the basis of the conducted studies, the optimal parameters of the surface hardening modes of railway wheels were established, namely, when the scanning plasma arc is heated under the required conditions of the heating process by a direct-acting plasma arc with a power equal to 0.75-0.95% of power (13 kW ) for melting the surface of products, with a scanning amplitude of 20-45 mm, a linear speed of the product 6-32 mm / s, a processing distance of 10-30 mm.
В дальнейшем были проведены натурные испытания заявляемого способа в условиях депо Иркутск-Сортировочный, всего обработано более 500 колесных пар электровозов заявляемым способом. Осуществление предлагаемого изобретения проводилось на базе локомотивного депо Иркутск-Сортировочный, при этом использовался стандартный вращатель колесных пар локомотивов (выкаченных из-под электровоза). Данный вращатель используется для проверки колесных пар при ультразвуковой дефектоскопии, и он обеспечивает линейную скорость вращения в диапазоне 4-5 мм/с. В качестве оборудования использовалась установка УПН С-304 (завода «Электрик», РФ) с модернизированным плазмотроном. Режимы упрочнения были следующие: мощность плазменной дуги 12 кВт, что соответствует при постоянных других параметрах 92% от мощности (13 кВт), необходимой для оплавления поверхности, линейная скорость вращения 25 мм/с, амплитуда сканирования 45 мм, дистанция упрочнения 20 мм, форма импульса треугольная.Subsequently, full-scale tests of the proposed method were carried out in the conditions of the Irkutsk-Sorting depot, more than 500 wheel pairs of electric locomotives were processed in the claimed method. The implementation of the invention was carried out on the basis of the locomotive depot Irkutsk-Sortirovochny, while using the standard rotator of the wheelset of locomotives (pumped out from under the electric locomotive). This rotator is used to test wheelsets during ultrasonic inspection, and it provides a linear rotation speed in the range of 4-5 mm / s. The equipment used was the UPN S-304 installation (Electric factory, RF) with a modernized plasma torch. The hardening modes were as follows: the plasma arc power was 12 kW, which corresponds to 92% of the power (13 kW) required for surface melting at constant other parameters, linear rotation speed 25 mm / s, scanning amplitude 45 mm, hardening distance 20 mm, shape pulse is triangular.
Колесо, упрочненное описанным выше способом, содержит поверхностный слой, состоящий из нескольких субслоев: поверхность и на глубине 0,2-0,8 мм - структура мартенсита с вкраплениями верхнего бейнита, далее 0,8-1,8 мм - тросто-мартенситная.The wheel hardened by the method described above contains a surface layer consisting of several sublayers: the surface and at a depth of 0.2-0.8 mm is a martensite structure interspersed with upper bainite, then 0.8-1.8 mm is reed-martensite.
Данные по содержанию водорода в упрочненном слое приведены в табл. Видно, что при оптимальных режимах поверхностного упрочнения наблюдается значительное снижение водорода в упрочненном слое, что снижает вероятность водородной хрупкости металла, кроме того, из таблицы видно снижение интенсивности износа в сравнении с прототипом.Data on the hydrogen content in the hardened layer are given in table. It is seen that under optimal conditions of surface hardening, there is a significant decrease in hydrogen in the hardened layer, which reduces the likelihood of hydrogen brittleness of the metal, in addition, the table shows a decrease in the wear rate in comparison with the prototype.
Предложенный способ поверхностного плазменно-дугового упрочнения железнодорожных колес, по сравнению с прототипом, позволяет увеличить ширину упрочненной поверхности более чем в в 2 раза, глубину закалки в 1,5 раза, снизить вероятность развития водородной хрупкости металла и склонности к хрупкому разрушению как минимум в 3 раза, износостойкость повышается в 3,5 раза.The proposed method of surface plasma-arc hardening of railway wheels, in comparison with the prototype, allows to increase the width of the hardened surface by more than 2 times, the hardening depth by 1.5 times, reduce the likelihood of the development of hydrogen brittleness of the metal and the tendency to brittle fracture by at least 3 times, wear resistance increases by 3.5 times.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107411/02A RU2430166C1 (en) | 2010-03-01 | 2010-03-01 | Procedure for strenghening railroad wheels and railroad wheel with strengthened working surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107411/02A RU2430166C1 (en) | 2010-03-01 | 2010-03-01 | Procedure for strenghening railroad wheels and railroad wheel with strengthened working surface |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010107411A RU2010107411A (en) | 2011-09-10 |
RU2430166C1 true RU2430166C1 (en) | 2011-09-27 |
Family
ID=44757249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010107411/02A RU2430166C1 (en) | 2010-03-01 | 2010-03-01 | Procedure for strenghening railroad wheels and railroad wheel with strengthened working surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2430166C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2560493C2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Plasma thermal processing of article surface layer |
RU2778038C1 (en) * | 2021-11-25 | 2022-08-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Method for thermomechanical hardening of a railway wheel flange |
-
2010
- 2010-03-01 RU RU2010107411/02A patent/RU2430166C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2560493C2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-08-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Plasma thermal processing of article surface layer |
RU2778038C1 (en) * | 2021-11-25 | 2022-08-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Method for thermomechanical hardening of a railway wheel flange |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010107411A (en) | 2011-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5531845B2 (en) | Post-heat treatment method near the flash butt weld | |
Bourithis et al. | A study on the surface treatment of “Calmax” tool steel by a plasma transferred arc (PTA) process | |
Xu et al. | Evaluation on microstructure and mechanical properties of high-strength low-alloy steel joints with oscillating arc narrow gap GMA welding | |
CN109355482A (en) | Post-weld heat treatment method for hypoeutectoid rails | |
Kuril et al. | Microstructure and mechanical properties of keyhole plasma arc welded dual phase steel DP600 | |
CN106425276B (en) | The welding repair method of 4145H forging and its 4145H forging of reparation | |
RU2430166C1 (en) | Procedure for strenghening railroad wheels and railroad wheel with strengthened working surface | |
CN102206733A (en) | Method for strengthening surface layer of nodular cast iron through high-energy electron beam scanning | |
Shvets et al. | Features of microstructure of joints of hypereutectoid AREAL-136HE-X rail steel in flash-butt welding | |
Hirata et al. | Surface modification by high-speed laser gas carburization in low-alloy steel | |
CN104212965A (en) | Method for online laser broadband quenching on surface of steel rail | |
RU2553107C2 (en) | Strengthening method of items from low-carbon steel | |
Karthikeyan et al. | Laser transformation hardening of EN24 alloy steel | |
Yu et al. | Effect of different scanning modes on the surface properties of continuous electron beam treated 40CrMn steel | |
KR20110074136A (en) | Post-heat treatment method of high carbon steel weld | |
CN107988464A (en) | A kind of online sensing heating control method of rail | |
US10344348B2 (en) | Slide rings having a ledeburitic microstructure at the surface | |
RU2566241C1 (en) | Thermal treatment of welds of low-carbon ferrite-perlite steels | |
EA016135B1 (en) | Method for the local fixing of railway wheel-sets | |
Fayyadh et al. | Enhancement of Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Cast Iron Alloy Using CO 2 Laser Surface Treatment | |
Rathod et al. | Laser surface hardening of ductile irons | |
RU2309185C1 (en) | Method of heat treatment of rail welded joints | |
Gubenko | About the possibility of local laser hardening of the treed of railway wheels | |
RU2454469C2 (en) | Method for reinforcing locomotive and car wheels | |
CN103255267A (en) | Method and equipment for laser quenching |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140127 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160302 |