способ упрочнения колес

Формула изобретения

Способ упрочнения колес, включающий поверхностную закалку колеса нагревом азотной плазменной струей плазмотрона заданной мощности, расположенного на заданном расстоянии от поверхности, отличающийся тем, что нагрев осуществляют при линейной скорости вращения колеса 4-10 мм/с, мощности плазмотрона 35-45 кВт и расположении плазмотрона перпендикулярно поверхности колеса на расстоянии 40-55 мм, закаленный слой получают со структурой, состоящей из 13-18% сорбита закалки, остальное мартенсит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области упрочнения деталей машин с помощью закалки плазменной струей и может быть применено для упрочнения колес подвижного железнодорожного состава.

Известен способ закалки деталей, включающий нагрев детали в печи до температуры закалки и последующее охлаждение детали в охлаждающей среде. (М.А. Тылкин, Справочник термиста ремонтной службы.-М. Металлургия. 1981, с. 357 - 360)

Однако, применение данного способа для упрощения колес подвижного железнодорожного состава приводит к появлению трещин и разрушение колес в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к предложенному является способ упрочнения колес подвижного железнодорожного состава, включающий закалку пламенем азотной плазмы ( а.с. СССР N 1622409 кл. C 21 D 1/06).

Однако, колеса, упрочненные по данному способу имеют низкую усталостную долговечность, что приводит к снижению ресурса их работы.

В предлагаемом способе задачу повышения износостойкости и создания оптимального уровня установочной долговечности упрочненного слоя решают путем формирования на поверхности закаленного слоя, содержащего 13.18 процентов сорбита закалки, при этом упрочнение осуществляют при значениях электрической мощности плазмотрона равных 35.45 кВт, линейной скорости вращения колеса 4.10 мм/сек, причем плазмотрон располагают перпендикулярно упрочняемой поверхности на расстоянии 40.55 мм.

В настоящее время при эксплуатации железнодорожного транспорта остро стоит проблема повышения износостойкости колес вагонов и локомотивов. Согласно существующей практики, колеса после износа на величину мм с целью сохранения профиля подвергают переточке, что влечет за собой существенные материальные затраты. По условиям эксплуатации колеса должны иметь высокие значения износостойкости и усталостной долговечности. Однако, данные свойства являются взаимно исключающими друг друга, т.к. высокую износостойкость, как правило, имеют структуры с высокой твердостью и хрупкостью, что предопределяет их низкую усталую долговечность. Мягкие структуры, обладая высокой усталостной долговечностью, имеют низкие значения износостойкости. Таким образом, для повышения ресурса работы колеса необходимо иметь структуру упрочненного слоя, обеспечивающую оптимальное соотношение износостойкости и усталостной долговечности. 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 13.18 процентов сорбита закалки, остальное мартенсит.

Способ осуществляют следующим образом. Колесо вагона или локомотива закрепляют в специальной оснастке, которая позволяет вращать его с регулируемой скоростью. Перпендикулярно рабочей поверхности колеса на регламентируемом расстоянии располагают плазмотрон. Закалку рабочей поверхности колеса осуществляют пламенем азотной плазмы при регламентированных значениях электрической мощности плазмотрона. К достоинствам способа относится и тот факт, что закалку осуществляют без расплавлений поверхности колеса, следовательно отпадает необходимость механической обработки поверхности после закалки. Глубина упрочненного слоя получаемого по предлагаемому способу равна 1,5 2,5 мм, что существенно увеличивает ресурс работы колеса.

Пример реализации способа. Осуществляли упрочнение колес вагонов и локомотивов. Упрочнение осуществляли при следующих параметрах процесса: мощность плазмотрона 30 50 кВт, линейная скорость вращения колеса 2 12 мм/сек, расстояние между плазмотроном и поверхностью колеса 35 55 мм. Упрочненные колеса испытывали на технологическом стенде. Результаты испытаний представлены в таблице 1. Из анализа таблицы следует, что оптимальным режимом упрочнения является следующий: мощность плазмотрона 35 45 кВт, скорость вращения колеса 4 10 мм/сек, расстояние между плазмотроном и поверхностью колеса 40 55 мм. Структура материала колеса, обработанного по оптимальному режиму состоит из 13 18 процентов сорбита закалки, остальное мартенсит. По оптимальному режиму обработана партия вагонных колес. Результаты эксплуатации колес представлены в акте испытаний. Показано, что упрочненные колеса имеют износостойкость в 2,5 раз лучшую, чем неупрочненные.

Экономический эффект от применения предлагаемого способа составляет 2 млн руб/год для одного вагонного депо.