способ термической обработки рельсовых накладок

Формула изобретения

Способ термической обработки рельсовой накладки, включающий ее нагрев под прошивку отверстий до 860-880°С, прошивку отверстий и охлаждение, отличающийся тем, что охлаждение накладки производят в негорючей железосодержащей соли полиакриловой кислоты, разбавленной водой в объемном соотношении 1:8 при температуре 20-60°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам термической обработки рельсовых накладок, применяемым в верхнем строении железнодорожного пути.

Известен способ термической обработки заготовок [1], включающий нагрев под штамповку и регулируемое охлаждение в водном растворе полимера акрилатного типа с температурой 65-98°С и вязкостью ₆₀=сСт до температуры, находящейся в интервале между нижней границей выделения карбидной фазы и температуры начала смачивания полимером поверхности заготовки. Недостатком этого способа является то, что применяемый в качестве закалочной среды водный раствор полимера с регламентированной температурой и вязкостью может быть использован только для закалки ряда легированных сталей из-за низкой скорости охлаждения среды. Скорость охлаждения указанной среды недостаточна для закалки заготовок из углеродистой стали, она не обеспечит требуемую твердость и прочность металла.

Известно также термическое упрочнение рельсовой подкладки быстродвижущимся потоком воды [2]. Этот способ термической обработки приемлем только для закалки накладок из низкоуглеродистой стали. Из-за высокой скорости охлаждения указанная среда не может быть использована для закалки рельсовых накладок из углеродистой стали, в противном случае приведет к образованию в поверхностном слое накладок хрупкой троосто-мартенситной структуры.

Известен также способ термической обработки рельсовых накладок [3], прототип, включающий нагрев под прошивку отверстий до температуры 860-880°С и охлаждение в масле. В данном способе использование масла в качестве закалочной среды обеспечивает равномерное распределение свойств по сечению накладок, однако это не гарантирует высокую работоспособность рельсовых накладок в условиях грузонапряженного скоростного движения. Кроме этого, использование масла значительно ухудшает экологическую атмосферу в цехе.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются: повышение эсплуатационной стойкости накладок за счет уменьшения межпластиночного расстояния перлита и количества структурно-свободного феррита в поверхностном слое накладок, повышения ее твердости, а также улучшения экологических условий труда.

Для этого предлагается способ термической обработки рельсовых накладок, включающий нагрев под прошивку отверстий до температуры 860-880°С, причем охлаждение проводят в негорючей железосодержащей соли полиакриловой кислоты, разбавленной водой в объемном соотношении 1:8, при температуре 20-60°С.

Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем исходя из требований к микроструктуре, механическим свойствам и твердости углеродистой стали.

Негорючий раствор железосодержащей соли полиакриловой кислоты, разбавленный водой в объемном соотношении 1:8 при температуре 20-60°С, выбран исходя из условия необходимости получения на поверхности накладок достаточно высокой твердости, образования тонкопластинчатой перлитной структуры и подавления грубых выделений избыточного феррита. С увеличением соотношения воды (более 8 частей) в водополимерном растворе, а также при температуре раствора ниже 20°С на поверхности накладок образуется тонкий теплоизолирующий слой, приводящий к образованию в поверхностных слоях хрупкой троосто-мартенситной структуры. С повышением температуры раствора выше 60°С наблюдается ухудшение состояния окружающей среды вследствие сильного выделения пара и увеличение расхода воды в растворе. Меньшее соотношение воды в водополимерном растворе (менее 8 частей) не обеспечивает требуемые механические свойства и ведет к увеличению расхода полимера, что экономически нецелесообразно.

Способ был реализован в промышленных условиях на рельсовых накладках для рельсов типа Р65. Накладки, нагретые до температуры 860-880°С после прошивки отверстий, погружали в закалочный бак, наполненный водополимерным раствором. Для перемешивания указанной закалочной среды использовали сжатый воздух, подаваемый с двух сторон закалочного бака через трубки с просверленными отверстиями. После термообработки исследовали микроструктуру закаленного металла, а также определяли механические свойства и твердость.

Технологические параметры термообработки рельсовых накладок приведены в таблице 1. Результаты механических испытаний и исследований микроструктуры в таблице 2.

Использование изобретения позволило повысить эксплуатационную стойкость рельсовых накладок за счет уменьшения межпластиночного расстояния перлита и количества структурно-свободного феррита в поверхностном слое накладок, значительно повышена твердость, исключено влияние паров масла на персонал.

Источники информации

1. А.С. СССР №1781310 А1, кл. C 21 D 1/56, 1/78.

2. A.C. СССР №1802822 A 3, кл. C 21 D 9/04.

3. ТИ 58-СП-036-2004 "Производство рельсовых скреплений".

4. ГОСТ 4133-73 "Накладки рельсовые двухголовые для железных дорог широкой колеи".

Таблица 1 Технологические параметры термообработки рельсовых накладок
№	Температура нагрева, °С	Температура закалки, °С	Соотношение полимера и воды в водополимерном растворе	Температура водополимерного раствора, °С
1	860	800	1:7	20
2	870	810	1:7	60
3	875	800	1:8	15
4	870	805	1:8	20
5	860	795	1:8	45
6	880	800	1:8	60
7	830	790	1:9	20
8	890	800	1:9	60

Таблица 2 Результаты физико-механических испытаний и исследований микроструктуры
№	Микроструктура рельсовой накладки		Твердость рельсовой накладки, НВ			Предел текучести	Временное сопротивление разрыву	Относительное удлинение	Относительное сужение	Холодный изгиб
	поверхностного слоя	по сечению	на поверхности	по сечению		Н/мм2		%
				головки	шейки
1	Пластинчатый перлит + тонкая сетка феррита	Пластинчатый перлит + грубая сетка феррита	321-331	248-255	223-229	550	870	19	50	Уд.
2	Пластинчатый перлит + грубая сетка феррита	Пластинчатый перлит + грубая сетка феррита	312-321	223	207-212	480	730	22	50	Уд.
3	Троостит + мартенсит	Пластинчатый перлит + тонкая сетка феррита	388-401	277-285	262-269	660	1000	13	45	Неуд.
4	Тонкопластинчатый перлит + обрывки ферритной сетки	Пластинчатый перлит + тонкая сетка феррита	331-341	269-277	248-255	650	990	18	42	Уд.
5	Тонкопластинчатый перлит + обрывки ферритной сетки	Пластинчатый перлит + тонкая сетка феррита	321-331	262-269	248-241	630	990	14	40	Уд.
6	Тонкопластинчатый перлит + тонкая сетка феррита	Пластинчатый перлит + тонкая сетка феррита	312-321	248-255	231-241	600	960	16	47	Уд.
7	Мартенсит + троостит	Тонкопластинчатый перлит + тонкая сетка феррита	467-534	301-285	269-277	700	1100	13	37	Неуд.
8	Троостит +мартенсит	Тонкопластинчатый перлит + тонкая сетка феррита	375-388	277-269	248-255	650	990	13	40	Неуд.
прототип	Пластинчатый перлит + грубая сетка феррита		269-277	255	250	570	890	14	40	Уд.
Требования ГОСТ 4133	-		235-388	-	-	54	86	10,0	30,0	Уд.