[go: up one dir, main page]

RU2218430C2 - Способ и устройство для упрочнения поверхности головки рельса - Google Patents

Способ и устройство для упрочнения поверхности головки рельса Download PDF

Info

Publication number
RU2218430C2
RU2218430C2 RU2001121058A RU2001121058A RU2218430C2 RU 2218430 C2 RU2218430 C2 RU 2218430C2 RU 2001121058 A RU2001121058 A RU 2001121058A RU 2001121058 A RU2001121058 A RU 2001121058A RU 2218430 C2 RU2218430 C2 RU 2218430C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hardening
rail head
rail
plasmatrons
plasma
Prior art date
Application number
RU2001121058A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001121058A (ru
Inventor
А.Н. Никулин
А.Е. Неживляк
А.Н. Трофимов
Original Assignee
Сибирское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сибирское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта filed Critical Сибирское отделение Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта
Priority to RU2001121058A priority Critical patent/RU2218430C2/ru
Publication of RU2001121058A publication Critical patent/RU2001121058A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2218430C2 publication Critical patent/RU2218430C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к методам упрочнения поверхности металлических изделий, в частности плазмохимическим способом. Техническим результатом является упрочнение поверхности головки рельса. Способ осуществляют на установке, содержащей тележку, которую устанавливают на головку рельса, и с помощью винта-указателя, расположенного на направляющей сектора, определяют ось головки рельса и закрепляют на ней ролики. Направляющий сектор вращают и фиксируют плазмотроны на расстоянии от головки рельса. Плазмотроны перемещают вдоль головки рельса со скоростью 80-85 м/ч, ведут нагрев плазменной струей при силе тока 110-140 А и упрочняют головку рельса. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к методам упрочнения поверхности металлических изделий, в частности плазмохимическим способом.
Начиная с середины 80-х годов, на отечественных железных дорогах обострилась проблема бокового износа рельс, не потерявшая актуальность и в настоящее время.
Исследования показали, что проведенное упрочнение колес как тягового состава, так и вагонов привели к дестабилизации баланса триботехнической системы и как следствие к повышенному износу рельс.
Главной причиной бокового износа рельса и колеса является заедание, возникающее в результате адгезионного взаимодействия поверхностей, приводящего в определенных условиях к образованию задира по механизму заклинивания. Интенсивный боковой износ рельс под воздействием квазистатических сил на путь происходит на кривых участках пути.
В настоящее время на Восточно-Сибирской железной дороге РФ подлежит замене более 10 км пути по причине сверхнормативного бокового износа рельсов.
Применение поверхностного упрочнения металлических изделий высококонцентрированными источниками нагрева позволит улучшить физико-механические свойства поверхности металла, повысить срок службы рельс и снизить стоимость их ремонта.
Известен способ с нагревом, пламенем горелки (1).
При сгорании газообразной смеси с кислородом образуется высокотемпературное пламя, которое направляют на изделие, разогревается участок его поверхности на глубину 2-4 мм до температур аустенитной области. Затем на разогретый участок через отверстия в охлаждающейся части закалочного наконечника выбрызгивают под давлением воду.
Недостатки этого способа - неточная регулировка толщины и температуры закаливаемого слоя, возможность сильного перегрева вплоть до плавления.
Другим известным способом является закалка с индукционным нагревом (2). В этом случае при высокочастотном индукционном нагреве ток идет в тонком поверхностном слое, при этом выделяя примерно 87% всей тепловой энергии. Причем глубина проникновения тока уменьшается с увеличением его частоты.
Скорость высокочастотного индукционного нагрева может доходить до 300-500 К/с.
Температура высокочастотной закалки должна быть выше температуры закалки при обычном печном нагреве и тем выше, чем больше скорость нагрева и грубее выделения избыточного феррита в структуре металла.
С увеличением степени перегрева скорость зарождения центров аустенита растет быстрее линейной скорости их роста, углерод распределяется неоднородно в микрообъемах аустенита. Поэтому после индукционного нагрева требуется интенсивное закалочное охлаждение.
К недостаткам следует отнести:
- необходимость иметь сложное специальное оборудование;
- для каждого изделия иметь свой индуктор и свой режим обработки;
- большой расход электрической энергии;
К другому аналогу следует отнести закалку с лазерным нагревом (3). Особенностью лазерной закалки является очень высокая концентрация энергии в тонком поверхностном слое.
Этот слой за чрезвычайно короткое время (сотые доли секунды) нагревается до высоких закалочных температур, а остальной объем изделия остается холодным.
Когда нагретый участок выходит из-под пучка, он очень быстро охлаждается из-за теплоотвода в соседние холодные слои изделия.
Скорость лазерного нагрева составляет 104-106 К/с, скорость охлаждения 104-106 К/с.
Такой режим обуславливает появление чрезвычайно мелкого аустенитного зерна, большую степень неоднородности распределения углерода в микрообъемах аустенита и соответственно мартенсита, повышенное количество остаточного аустенита.
К недостаткам следует отнести:
- необходимость иметь довольно сложное и дорогостоящее оборудование;
- преимущественно применяется для упрочнения небольших поверхностей, малоэффективно использовать при упрочнении больших поверхностей головки рельс.
Прототипом является изобретение "Способ плазменной термической обработки изделий и устройство для его осуществления" (4). Сущность: в способе плазменной термической обработки изделий, включающем нагрев поверхности плазменной дугой, создаваемой анодом и катодом, направленной под углом к плоскости обработки, размещение анодного пятна на аноде и воздействие на электрическую дугу постоянным магнитным полем. Нагрев поверхности осуществляют электрической дугой, создаваемой вращающимся анодом и охлаждаемым катодом с анодным пятном, совершающим перемещение по аноду над поверхностью в прямом и обратном направлениях с амплитудой колебания не более 250 мм под воздействием одного или нескольких переменных магнитных полей, расположенных по ходу движения анодного пятна, создаваемых электромагнитами, плазменную дугу при этом отжимают от поверхности изделия постоянными магнитными полями на расстоянии не менее 3 мм. Анодное пятно размещают на аноде на расстоянии 1,0-250 мм от поверхности изделия, перемещаемого относительно дуги со скоростью 0,01-25,0 см/с с поддержанием тока плазменной дуги 50-600 А. Причем перемещение анодного пятна осуществляют с изменением вектора направления движения, а ось катода направляют под углом 15-180o.
К недостаткам данного способа упрочнения поверхности головки рельса следует отнести:
- в изобретении дан очень большой разброс:
- ток плазменной дуги колеблется от 50 до 600 А;
- анодное пятно размещают на аноде на расстоянии от 1,0 до 25,0 мм от поверхности изделия;
- ось катода направлена под углом от 15 до 180o к оси вращения анода.
Для определения оптимального режима требуется провести дополнительные исследования.
Для поддержания оптимальных режимов потребуется автоматизировать данный процесс.
Кроме того, наши исследования показали, что увеличение по-верхности закалки приводит к ее выкрашиванию.
Технический результат данного изобретения - обеспечить поверхностное упрочнение поверхности головки рельса с минимальными затратами.
Способ упрочнения поверхности головки рельса включает нагрев, затем быстрое охлаждение, нагрев осуществляют плазменной аргоновой струей при силе тока 110-140 А, напряжении 18-50 В при скорости упрочнения 80-85 м/ч.
Последовательность процесса упрочнения поверхности головки рельса включает:
- обеспечение температуры рельса и окружающей среды не менее +10oС,
- очистку рельс от грязи и смазки;
- закрепленние рельс стяжными винтами;
- установку к торцу рельса вспомогательного рельса небольшой длины для выравнивания режимов упрочнения;
- установку на рельс тележки на роликах с помощью винта-указателя и закрепление роликов тележки установочными винтами;
- установку плазмотронов под 90o к боковой поверхности головки рельса на расстоянии 15-2+1 мм (фиг.1);
- включение движения плазмотронов и установку скорости движения 80-85 м/ч;
- постепенный переход на прямую дугу;
- установку силы тока 110-140 А, напряжение 18-50 В, корректировку расхода газа на ширину дорожки 12-15 мм путем регулирования тока электромагнита;
- перевод плазмотронов на упрочняемый рельс и провести упрочнение головки рельса;
- обеспечение контроля за силой тока и напряжением, расстоянием между соплом плазмотрона и упрочняемой поверхности головки рельса, не допуская оплавления и изменения ширины упрочняемой дорожки;
- охлаждение за счет естественного теплоотвода;
- по окончании закалки плавное уменьшение тока до полного погасания.
По предложенному плазменному способу были упрочнены образцы из рельсов.
Исследование участков, подверженных плазменному упрочнению, показали повышение твердости до 547-587 НВ, 555-569 НВ, 560-606 НВ.
В микроструктуре выявлен мартенсит с разной степенью игольчатости по толщине, степень игольчатости мартенсита увеличивается в направлении от границы перехода от основного металла, неподверженному упрочнению, к наружной поверхности рельса.
Комплекс проведенных металлографических исследований показал, что после нагрева плазменной струей металл поверхности головки рельса упрочнился и имел стабильную микроструктуру.
Предложенный способ упрочнения головки рельса осуществляют на специальной установке.
Известны устройства для плазменной обработки изделий, патент РФ (5).
Авторы предлагают конструкцию плазмотрона для поверхностной закалки и отпуска металлов. В патенте предлагается конструкция головки плазмотрона и отсутствует механизм крепления плазмотронов и способ передвижения.
Другим аналогом может быть устройство для обработки деталей перед плазменным напылением (6).
Сущность изобретения: устройство содержит корпус, смонтированную на нем с возможностью перемещения в вертикальной плоскости направляющую, установленный на ней держатель электрода, механизм с приводом для возвратно-поступательного перемещения держателя электрода. Для получения необходимой адгезии шероховатости поверхности деталей механизм возвратно-поступательного перемещения электрода оснащен трособлочной системой и выполнен в виде кулачкового вала, который установлен с помощью взаимодействия с направляющей и снабжен барабаном с лифтом сводного хода.
Однако данная установка практически не может быть использована для упрочнения головки рельса, она предназначена только для подготовки поверхности головки рельса под наплавку. На этой установке можно упрочнить детали сравнительно небольшой длины и которые требуется вращать.
Прототипом является изобретение (4). Сущность изобретения: устройство для плазменной термической обработки поверхности изделий, содержащее соединенные с источником питания катодные и анодные узлы и установленный между ними блок перемещения плазменной дуги в виде постоянного магнита, отличающееся тем, что оно снабжено рамой с закрепленными на ней с возможностью регулирования по высоте относительно поверхности одним или несколькими блоками электромагнитной развертки с размещением друг относительно друга под углом не более 90o, дополнительными постоянными магнитами, кожухом с размещенным в нем вентилятором для отсоса газа из прианодной области, при этом блоки электромагнитной развертки размещены между катодным и анодным узлами, кожух с вентилятором размещен перед анодным узлом, катодный узел установлен под углом к поверхности изделия, равном ±80o, и выполнен в виде корпуса с соплом и центральным охлаждаемым электродом, а анодный узел выполнен в виде вращающегося относительно своей оси охлаждаемого ступенчатого цилиндра из токопроводящего материала, причем блоки перемещения электрической дуги имеют возможность углового регулирования относительно поверхности изделия.
К недостаткам данного устройства для плазменной термической обработки изделия следует отнести: не обеспечивается равномерное соблюдение расстояния нагреваемой поверхности от головки плазмотрона из-за кривизны рельса, что приводит к неравномерной термообработке головки рельса.
Технический результат данного изобретения - обеспечить режимы нагрева и передвижение плазмотронов при плазменном упрочнении поверхности головки рельса.
Технический результат достигается тем, что плазмотроны установлены на направляющем секторе на расстоянии 15-2+1 мм от головки рельса. Сектор закреплен на роликовой тележке, причем ролики фиксируются относительно головки рельса с помощью установочных винтов. Скорость движения плазмотронов 80-85 м/ч осуществляется с помощью механизма передвижения, например, сварочного трактора.
На фиг.2 изображен общий вид установки, на фиг.3 - вид сверху.
Устройство состоит из роликовой тележки 1 на роликах 2, с направляющим сектором 3, плазмотронов 4, установочных винтов 5, винта-указателя 6, механизма передвижения плазмотронов 7. На фиг.2 представлен рельс 8.
Устройство работает следующим образом.
Тележка 1 устанавливается на головку рельса 7. С помощью винта-указателя 6, расположенного на направляющем секторе 3, определяют ось головки рельса 8, и с помощью установочных винтов 5 закрепляются ролики 2. Затем вращением направляющего сектора 3 устанавливают и фиксируют плазмотроны 4 на расстоянии от головки рельса 8 15-2+1 мм, проверяют скорость передвижения плазмотронов 4 вдоль головки рельса 8. После чего включают плазмотроны 4, устанавливают скорость движения 80-85 м/час, силу тока 110-140 А, ширину дорожки 12-15 мм, переводят тележку со вспомогательного рельса на восстанавливаемый рельс и производят поверхностное упрочнение головки рельса. По окончании упрочнения рельса плазмотроны 4 отключают, убирают установку.
Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что установка надежно обеспечивает соблюдение расстояния 15-2+1 мм от головки плазмотрона до головки рельса, скорость передвижения в пределах 8 м/ч и режим 110-140 А, напряжение 18-50 В.
На основании полученных данных разработана промышленная установка для упрочнения поверхности головки восстанавливаемых рельс.
Литература
1. Ивашков И.И. Монтаж, эксплуатация и ремонт подъемно-транспортных машин. - М.: Машиностроение, 1995. 53-55 с.
2. Филинов С.А., Фиргер И.В. Справочник термиста. - Л.: Машиностроение, 1975. 109 с.
3. Новиков И.И. Теория термической обработки. - М.: Металлургия, 1986. 304 с.
4. Патент RU 2121514, МКИ 6 С 21 D 1/09 "Способ плазменной термической обработки изделий и устройство для его осуществления", авторы Лыков А.М., Матвеев Ю.И.
5. Патент RU 2069131, МКИ 6 В 23 К 10/00 "Устройство для плазменной обработки изделия", авторы Исакаев М., Тюфтяев А.С., Троицкий А.А., Яблонский А.Э.
6. Патент RU 2070491, МКИ 6 В 23 К 9/30 "Устройство для электросварочной обработки деталей перед плазменным напылением", авторы Коберниченко А.Б., Захаров Г.Ф.

Claims (2)

1. Способ упрочнения поверхности головки рельса, включающий поверхностный нагрев головки плазменной струей с помощью перемещаемого плазмотрона и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев осуществляют при силе тока 110-140 А, напряжении 18-50 В и при скорости перемещения плазмотронов 80-85 м/ч.
2. Устройство для упрочнения поверхности головки рельса, содержащее плазмотроны и механизм для перемещения плазмотронов, отличающееся тем, что механизм для перемещения плазмотронов снабжен роликовой тележкой с закрепленными на ней направляющим сектором, имеющим радиальные пазы, и установочными винтами, плазмотроны закреплены на секторе и выполнены с возможностью передвижения по радиальным пазам, при этом ролики тележки фиксированы относительно головки рельса с помощью установочных винтов.
RU2001121058A 2001-07-26 2001-07-26 Способ и устройство для упрочнения поверхности головки рельса RU2218430C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001121058A RU2218430C2 (ru) 2001-07-26 2001-07-26 Способ и устройство для упрочнения поверхности головки рельса

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001121058A RU2218430C2 (ru) 2001-07-26 2001-07-26 Способ и устройство для упрочнения поверхности головки рельса

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001121058A RU2001121058A (ru) 2003-05-27
RU2218430C2 true RU2218430C2 (ru) 2003-12-10

Family

ID=32065439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001121058A RU2218430C2 (ru) 2001-07-26 2001-07-26 Способ и устройство для упрочнения поверхности головки рельса

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2218430C2 (ru)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2411662A (en) * 2004-03-02 2005-09-07 Rolls Royce Plc A method of creating residual compressive stresses
RU2401310C1 (ru) * 2009-06-02 2010-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Современные плазменные технологии" Способ и устройство для плазменной обработки тела вращения
RU2418077C1 (ru) * 2010-04-07 2011-05-10 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Способ термической обработки рельсов
RU2644638C2 (ru) * 2016-01-26 2018-02-13 Общество с ограниченной ответственностью "Транс-Атом" Способ термической обработки стальных рельсов
RU2704051C1 (ru) * 2018-10-23 2019-10-23 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Способ и установка для поверхностного упрочнения головок стальных рельсов действующих путей
CN113047099A (zh) * 2019-12-27 2021-06-29 成都真火科技有限公司 一种基于层流等离子钢轨表面强化的排枪结构
RU2782582C1 (ru) * 2022-03-11 2022-10-31 Илья Владимирович Коротков Устройство плазменной закалки изделий

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2121514C1 (ru) * 1997-10-07 1998-11-10 Лыков Алексей Михайлович Способ плазменной термической обработки изделий и устройство для его осуществления
RU2135607C1 (ru) * 1996-09-27 1999-08-27 Научно-производственная фирма "Металлотерм" Способ термической обработки остряковых и рамных рельсов и устройство для его осуществления
RU2152445C1 (ru) * 1999-03-04 2000-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "АГНИ-К" Устройство для плазменной обработки

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2135607C1 (ru) * 1996-09-27 1999-08-27 Научно-производственная фирма "Металлотерм" Способ термической обработки остряковых и рамных рельсов и устройство для его осуществления
RU2121514C1 (ru) * 1997-10-07 1998-11-10 Лыков Алексей Михайлович Способ плазменной термической обработки изделий и устройство для его осуществления
RU2152445C1 (ru) * 1999-03-04 2000-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "АГНИ-К" Устройство для плазменной обработки

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2411662A (en) * 2004-03-02 2005-09-07 Rolls Royce Plc A method of creating residual compressive stresses
RU2401310C1 (ru) * 2009-06-02 2010-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Современные плазменные технологии" Способ и устройство для плазменной обработки тела вращения
RU2418077C1 (ru) * 2010-04-07 2011-05-10 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Способ термической обработки рельсов
RU2644638C2 (ru) * 2016-01-26 2018-02-13 Общество с ограниченной ответственностью "Транс-Атом" Способ термической обработки стальных рельсов
RU2704051C1 (ru) * 2018-10-23 2019-10-23 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Способ и установка для поверхностного упрочнения головок стальных рельсов действующих путей
CN113047099A (zh) * 2019-12-27 2021-06-29 成都真火科技有限公司 一种基于层流等离子钢轨表面强化的排枪结构
RU2782582C1 (ru) * 2022-03-11 2022-10-31 Илья Владимирович Коротков Устройство плазменной закалки изделий

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3952180A (en) Cladding
RU2218430C2 (ru) Способ и устройство для упрочнения поверхности головки рельса
US5293026A (en) Hardsurfacing material for engine components and method for depositing same
US5360495A (en) Process for hardening cutting edges with an oval shaped plasma beam
CN1201419A (zh) 连续浇铸辊的不锈钢表面包层
US6398881B1 (en) Wear-resistant camshaft and method of producing the same
WO2005080686A1 (en) Hardening process using laser in railway applications and relative equipment
CA1318362C (en) Insitu energy beam processing of railroad track and equipment for increasing service lifetime
RU2121514C1 (ru) Способ плазменной термической обработки изделий и устройство для его осуществления
RU2333971C2 (ru) Способ упрочнения пил
US20160244856A1 (en) Slide rings having a ledeburitic microstructure at the surface
RU2343211C2 (ru) Способ термической обработки стальных рельсов
RU2644638C2 (ru) Способ термической обработки стальных рельсов
RU2252266C2 (ru) Способ упрочнения поверхности стальных изделий
RU2064511C1 (ru) Способ упрочнения колес
RU2673437C9 (ru) Способ создания твёрдого поверхностного слоя на детали автосцепки грузового вагона
US11873873B2 (en) System and method of making an enhanced brake rotor with improved wear resistance
RU2070586C1 (ru) Способ обработки правильных и прокатных валков
RU2253712C1 (ru) Устройство для упрочнения рельсовых путей
RU2398892C1 (ru) Способ поверхностного упрочнения прокатных валков
RU2430166C1 (ru) Способ упрочнения железнодорожных колес и железнодорожное колесо с упрочненной рабочей поверхностью
US5762730A (en) Method for machining steel edges for skis and the like
RU2240359C1 (ru) Способ термической обработки катков гусеничных машин
RU93053881A (ru) Способ упрочнения колес подвижного железнодорожного состава
RU2777087C1 (ru) Способ упрочнения стальной поверхности

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080727