SU804702A2 - Способ термической обработкиРЕльСОВ - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВ

Изобретение огноситс  к термической обработке металлов и может быть исполь зовано при производстве железнодорожни рельсов из высокоуглеродистой и низколегированной сталей. По основному авт. св. Ns 434113 известен способ термической обработки рельсов, заключающийс  в том, что дл  повышени  контактной усталостной прочности , после объемной закалки производ т поверхностную закалку головки рельса с нагрева ТВЧ в упруро-«апр женном сост  нии и повгооный отпуск 1. к недостаткам этого способа можно отнести то, что при термообработке зерно аустенита измельчаетс  лишь до 1О11 баллов на глубину до 3-4 мм, а остальна  часть металла закаленного сло  (до 12 мм) остаетс  практически без изменени  и размер зёрна соответствует 7-8 баллам. В результате такого распре делени  величины зерна аустенита tto сечению закаленного сло  на относительно низком уровне наход тс  ударна  в зкость и пластичность. Параметры конструктивной прочности высокопрочных рельсов как, например, предел контактной вьгаосливости ( (э ке, ) и износ ( ) составл ют соответственно: 340 кгс/мм и 0,19S5 г. Данные показатели свойств не в полной мере обеспечивают повышение сопротивл емости контактно-усталостным повреждени м и износу, так как они незначительно отличаютс  от свойств, полученных при обычной закалке с нагрева ТВЧ, которые составл ют 6va - 330 гкс/мм и -гг-0,2121 г. Недостатки обусловлены небольшой глубиной (пор дка 3-4 мм) залегани  структуры закалки с мелким зерном, а также относительно резким изменением твердости по сечению закаленного сло , начина  с глубины 3-4 мм и отсутствием так называемой площадки твердости глубиной S мм.

Цель изобретени  - повышение кон- такгной выносливости и ианосостойкосги рельсов.

Указанна  цель достигаетс  тем, что после объемной закалки в Jkидкocти, отпуска , поверхностной закалки головки рельса в упруго-«апр женном состо нии и повторного отпуска, провод т дополнительную поверхностную закалку головки

рельса на глубину, не превышающую половины глубины закаленного сло  после первой поверхностной закалки.

Рельсы после прокатки подвергают объемной термообработке-закалке в масле и высокому отпуску при 600 С, закалке в гор чих средах или же сфероиди™ зируюш:ему отжигу.

Наиболее оптимальной предварительной термообработкой перед термоциклированием , т. е. повтор ющимис  поверхностными закалками с нагрева ТВЧ,  вл етс  сфероидизирующий отжиг, так как он в наибольшей степени способствует измельчению и сфероидизации карбидов, а также равномерному их распределению, в результате чего дл  получени  дисперсно структуры с мелким аустенитным зерном требуетс  значительно меньшее количество циклов поверхностной закалки.

После предварительной термобработки производ т первую поверхностную закалку с индукционного нагрева ТВЧ на глубину 12-16 мм, на твердость пор дка НВ 350-370, после чего производ т послеаук )щую поверхностную закалку с нагрева ТВЧ на глубину 6-8 мм (т. е. на глубину не превышающую половину глубины закаленного сло  после первой поверхностной закалки).

В результате предложенного спосбба термической обработки так называемого малого термоциклировани , в металле головки рельсов на глубине 6-8 мм обеспечиваютс : измельчение зерна аустени- та до 12-13 баллов; наличие так называемой площадки твердости на глубине 6-8 мм.

После повторной поверхностной закалки с нагрева ТВЧ структура металла становитс  еще более дисперсной, при этом карбиды станов тс  более мелкими и равномерно распределенными с ферритной составл ющей. Наличие в закаленном слое мелкодисперсной структуры в сочетании с мелким зерном аустенига способ ствует понижению порога хладноломкости и увеличению контактной выносливости, а измельчение карбидов и их плотное расположение в ферритной составл ющей

способствуют повышению износостойкости .

Уменьшение глубины закаленного сло  во врем  повторного нагрева ТВЧ до 6-8 мм по сравнению с глубиной закаленного сло  12-16 мм, полученного после первой поверхностной закалки с нагрева ТВЧ, обеспечиваетс  за счет снижени  общей температуры закалки с 980-1020 до 930-94О°С и увеличени  скорости перемещени  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 производ т на глубину до 6-8 мм. Эта глубина закалки  вл етс  оптимальной, так как перекрывает зону максимальных касательных напр жений, расположенных на глубине 5 мм от поверхности катани  головки рельса. В св зи с этим. Глубина закаленного слой после последующей поверхностной закалки с нагрева ТВЧ до 5 мм не перекрывает зону максимальных касательных напр жений , следовательно, не отвечает поставленным требовани м, а выше 8 мм глубина закаленного сло  становитс  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 , состо щую из улучшени  или сфероидизируюшего отжига, и последующего малого термоциклировани  головки рельса путем поверхностной закалки с нагрева ТВЧ в упруго-напр женном состо нии структура металла по поперечному сечению профил  рельса располагаетс  следующим образом: первый (верхний) закаленный слой глубиной 6-8 мм (т. е. слой, равный половине глубины закаленного сло  после первой поверхностной закалки) состоит из мелкодисперсной структуры (типа троостита) с мелкими и плотно расположенными карбидами и мелким зерном аусгенита. Далее на глубине от 6-8 до 12-16 мм располагаетс  второй (нижний) закаленный слой с менее дисперсной структурой (троостосорбит , сорбит закалки), котора  на глубине свыше 12-16 мм переходит в структуру, полученную при объемном сфероидизирующем отжиге, т. е. структуру зернистый перлит. Такое соотношение глубины закаленного сло  после первой и вторьй поверхносгной закалки  вл етс  наиболее оптимальным, также с точки зрени  плавности изменени  твердости и структуры по глубине. Кроме того, такое сочетание структу металла по профилю рельса будет способ ствовать повышению контактной вьшосли Е-исти и обеспечит надежность рельсов при эксплуатации в пути. На чертеже изображено послойное рас положение микроструктуры по сечению профил  рельса, закаленного по предложенному способу где 1 - верхний слой, полученный посл поверхностных закалок с нагрева ТВЧ, т. е. после малого термоциклировани ; 2 - нижний слой, полученный после первой поверхностной закалки с нагрева ТВЧ; 3 - оставша с  часть металла пос ле предварительной объемной термообраббтки , т. е. после сфероидизирующего отжига на зернистый перлит. Термическую обработку рельсов по предлагаемому способу целесообразно пр водить по следующей технологической схеме: после прокатки рельсы из высоко углеродистой (0,81-0,86% углерода) Ил низколегированной стали подвергают пред варительной объемной термической обработке , котора  может быть трех видов - улучшение, закалка в гор чих средах и сфероидизирующий отжиг. Улучшение - нагрев рельсов до 860 С выдержка 1 ч охлаждение в масле, отпуск при 6ОО-65О С р течение 2 ч и охлаждение на воздухе. Закалка в гор чих средах - нагрев рельсов до 86О-96О С, выдержка 4О- 50 мин, температура изотермической выдержки - 300-450°С, врем  выдержк Ю - 35 мин. Сфероидизирующий отжиг - нагрев рел сов до , выдержка Г ч, охлаждени на воздухе или же со скоростью, не превышающей 8 С/с до 5ОО С, загрузка в печь, нагретую до 500, нагрев со скоростью 50-60 С/ч до 710 С, выдержка при этой температуре 3 ч ргслаж дение в печи со скоростью 30 С/ч до 600 С, выдержка при этой температуре 1-2 ч и последующее охлаждение на воздухе . После предварительной объемной терм обработки рельсы подвергают поверхностной закалке с нагрева ТВЧ, при этом технологические параметры термообработ ки следующие. Нагрев головки рельса до 980°С; частота тока - 2400 Гд; скорость перемещени  рельсов в агрегате 15 мм/с; охлаждение сжатым воздухом при 3,5 - 4 атм, температуры самротпуска - 450°С. После первой поверхностной закалки с нагрева ТВЧ рельсы подвергают доправке на штемпельном прессе н затем снова - поверхностной закалке с нагрева ТВЧ при следующих технологических параметрах термообработки. Нагрев головки рельса до 930-940 С частота тока 2400 Гц; скорость перемещени  рельсов в агрегате - 30 мм/с вид охлаждени  - водовоздушна  смесь} расход воды в водовоздушной смеси - 12-2,5 л/мин, давле- ние воздуха в водовоздушной смеси 2 ,0 атм, температура самоотпуска - 450°С. В результате термической обработки в металле головки рельса на глубине 7 мм образуетс  мелкодисперсна  структура троостит закалки (слой 1) с мелкими плотно расположенными карбидами в ферритной составл ющей, после чего на глубине от 7 до 15 мм располагаетс  структура троостосорбит, сорбит закалки (слой 2). При этом металл остальных элементов профил  рельса (центральна  часть головки, шейка и подошва) имеют структуру зернистого перлита (т.е. струк- гуру после сфероидизирующего отжига). Способ термической обработки рельсов характеризуетс  результатами, приведенными в таблице. Изобретение по сравнению с прототипом обеспечит повышение контактной выносливости на 16% и износостойкости на 18% за счет проведени  предварительной объемной термообработки рельсов и малого термоциклировани . По сравнению с известным аналогичным 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 залегани  максимальных касательных напр жений , способству  тем самым повышению контактной выносливости и износостойкости головки рельса, а также понижению температуры порога хладнопс 1кости; за счет однородности структуры -верхнего закаленного сло  глубиной до 6-8 мм, образующегос  после малог о термо- циклировани , обеспечиваетс  наличие площадки твердости, способствующей величению сопротивлени  зарождени 

78047028

усталостных трещин и их последующее счет повышени  эксплуатационной развитие впроцессе эксплуатации.стойкости рельсов в 1,4-1,5 раза

Эконс лический эффект от нсполь- по сравнению с закрепленными в зованк  изобретени  получаетс  за масле.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ термической обработки рельсов по авт. св. № 434113, отличающийся тем, что, с целью повышения контактной выносливости и износостойкости, после поверхностной закалки проводят дополнительную поверхностную за калку головки рельса на глубину, не превышающую половины глубины закаленного слоя после первой поверхностной закалки.