(54) Sposób umacniania cieplnego główki szyn i kształtowników iglicowych

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (2 1 ) Numer zgłoszenia (22) Data zgłoszenia (13) B1 (51) IntCl7 C21D 9/04 (54) Sposób umacniania cieplnego główki szyn i kształtowników iglicowych (4 3) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 13/01 (73) U praw niony z patentu: Instytut Metalurgu Żelaza, Gliwice, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/05 (72) Tw órcy wynalazku: Roman Kuziak, Gliwice, PL Ryszard Molenda, Przyszowice, PL Adam Musiał, Chorzów, PL Tadeusz Szynalski, Chorzów, PL Arkadiusz Potwora, Chorzów, PL Jerzy Pietryka, Chorzów, PL Stanisław Brali, Chorzów, PL Tomasz Zygmunt, Świętochłowice, PL PL B1 (57) Sposób um acniania cieplnego główki szyn i kształtow ników iglicow ych ze stali pet litycznych z w ykorzystaniem ciepła w alcowania, znamienny tym, ze szynę lub kształtow nik po procesie w alcow ania p ie r- wotnie chłodzi się w spokojnym pow ietrzu do tem peratury około 830 C, po czym sam ą główkę szyny lub kształtow nika chłodzi się w sposób przyspieszony w 1-4% wodnym roztw orze p o lihartenolu lub innego p o lim e- ru o p o d o bnych w łasnościach fizykochemicznych do tem peratury około 550 C, a następnie kolejno w spokojnym powietrzu przez okres s, ponownie w wyżej wym ienionym roztw orze do tem peratury 500 C, i na koniec p rocesu w spokojnym pow ietrzu lub spiężonym pow ietrzem do tem peratury otoczenia

2 Sposób umacniania cieplnego główki szyn i kształtowników iglicowych Zastrzeżenie patentowe Sposób um acniania cieplnego główki szyn i kształtow ników iglicow ych ze stali perlitycznych z w ykorzystaniem ciepła walcow ania, znamienny tym, ze szynę lub kształtow nik po procesie w alcow ania pierw otnie chłodzi się w spokojnym pow ietrzu do tem peratury około 830 C, po czym sam ą główkę szyny lub kształtow nika chłodzi się w sposób przyspieszony w 1-4% w odnym roztworze polihartenolu lub innego polim eru o podobnych własnościach fizykochem icznych do tem peratury około 550 C, a następnie kolejno w spokojnym pow ietrzu przez okres s, ponow nie w wyżej wym ienionym roztw orze do tem peratury 500 C, i na koniec p rocesu w spokojnym pow ietrzu lub sprężonym pow ietrzem do tem peratury otoczenia. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób umacniania cieplnego główki szyn i kształtowników iglicowych na rozjazdy kolejowe ze stali perhtycznych z wykorzystaniem ciepła walcowania Znane i stosow ane na skalę pizem ysłow ą m etody um acniania cieplnego głów ki szyny obejm ują. - w piow adzenie do stali perlitycznych dodatków stopowych, które obniżają tem peraturę początku przem iany peilitycznej, połączone ze zintensyfikow anym chłodzeniem szyn nadm u- chem pow ietrznym - objętościow ą obróbkę cieplną, której zastosow anie wym aga ponow nego nagi ze wania szyn, a następnie ich chłodzenia w oleju w sposób kontrolow any, - u m acnianie z ciepła w alcow ania polegające na przyspieszonym - regulow anym chłodzeniu za pom ocą natrysku wodnego, - um acnianie z ciepła w alcow ania polegające na przyspieszonym chłodzeniu w wodnym roztw orze m ieszanin polim erow ych. Przykładem ostatniej wym ienionej powyżej metody, jest opatentow any przez firmę Voest-Alpm e sposób um acniania cieplnego główki szyny w 20% w odnym roztw orze poliglikoli Cykl chłodzenia warstw y przypow ierzchniow ej podczas um acniania cieplnego m etodą firmy V oest-a lpine przedstaw iono na fig. 1 rysunku N iekorzystnym i cecham i tej metody, które m ogą spow odow ać drastyczne obniżenie w łasności użytkow ych szyn są' - łatw a m ożliw ość przechłodzenia warstw y przypow ierzchniow ej poniżej tem peratury około 550 C, co pow oduje pow stanie w niej kruchych struktur bam itycznych a w konsekw encji istotne pogorszenie w łasności użytkow ych szyny, - w zrost tem peratury warstw y pow ierzchniow ej bezpośrednio po w yjęciu główki szyny z m ieszaniny polim erow ej, co pow oduje obniżenie tw ardości tej w arstw y o grubości około 5 m m, w stosunku do obszaru główki na głębokości od 5 do około 30 mm pod powierzchnią. Sposób um acniania cieplnego główki szyn i kształtow ników iglicow ych ze stali perhtycznych z w ykorzystaniem ciepła w alcow ania w edług w ynalazku, charakteryzuje się tym, ze szynę lub kształto w n ik po procesie w alcow ania pierw otnie chłodzi się w spokojnym pow ietrzu do tem peratury około 830 C, po czym sam ą główkę szyny lub kształtow nika chłodzi się w sposób przyspieszony w 1-4% w odnym roztw orze polihartenolu lub innego polim eru o podobnych w łasnościach fizykochem icznych do tem peratury około 550 C, a następm e kolejno w spokojnym pow ietrzu przez okres s, ponow nie w wyżej wym ienionym roztworze do tem peratuiy 500 C, i na koniec piocesu w spokojnym pow ietizu lub sprężonym pow ietizem do tem peratuiy otoczenia Sposób ten pozw ala na uzyskanie mikiostruktury drobnego perlitu w warstwie tocznej główki szyny o grubości 25 mm, zapewnia uzyskanie wytrzymałości na lozciągame min 1200 MPa, tw ardości p o w ierzchni tocznej m m 360 H B i korzystnego profilu tw ardości na głębokości

3 szyny, w ydłużenia całkow itego A 5 min 9% oraz wysokiej odporności ściernej, zmęczeniowej i odporności na ro zprzestrzenienie się kruchego pęknięcia Z astosow anie przyspieszonego-regulow anego chłodzenia w w odnym roztw orze po lim e- ru według wynalazku, zapobiega tw orzeniu się kruchych m ikrostruktur bam itycznych oraz ogranicza stopień m ięknięcia w arstw y przypowierzchniowej podczas końcowego chłodzenia na pow ietrzu P rzedm iot w ynalazku przedsiaw iono w przykładzie w ykonania Szynę ze stali perlitycznej o składzie chem icznym 0,78% C, 1,1% M n, 0,25% Si, 0,012% P, 0,016% S, 0,05% Cr, 0,07% NI, 0,01% M O i 0,003% Al poddano procesow i um acniania cieplnego stosując m etodę chłodzenia składający się z czterech etapów: 1. Chłodzenia szyny bezpośrednio po walcowaniu w spokojnym pow ietrzu do m om entu, gdy tem peratura pow ierzchni główki osiąga wartość około 830 C. 2. Przyspieszonego-kontrolow anego chłodzenia głów ki szyny w czasie zapew niającym obniżenie się tem peratury pow ierzchni do około 550 C w 1-4% wodnym roztworze polihartenolu, który doprow adzany jest od spodu zbiornika za pom ocą wzdłuznej rury z naniesionym i szczelinam i, najkorzystniej w sposób przerywany, pow odujący oscylacyjny charakter zm ian tem peratury głów ki szyny w funkcji czasu 3. Chłodzenia w pow ietrzu przez okres s w zalezności od profilu szyny, podczas którego następuje zmniejszenie gradientu temperatury między pow ierzchnią a środkiem główki, który utworzył się podczas przyspieszonego chłodzenia w roztworze m ieszanin polim erowych 4 Ponow nego chłodzenia w wodnym roztworze pohhartenolu w czasie zapew niającym uzyskanie tem peratury pow ierzchni głów ki około 500 C 5 Sw obodnego chłodzenia szyny do temperatury otoczenia w spokojnym pow ietrzu lub w sposób przyspieszony za pom ocą sprężonego powietrza dla grubych profili P rzykładow y cykl ch łodzenia w arstw y pow ierzchniow ej głów ki szyny w edług w ynalazku przedstaw iono na fig. 2 rysunku Oscylacyjny charakter zm ian w spółczynnika w nikania ciepła uzyskuje się doprow adzając cyklicznie roztwór chłodzący za pom ocą rury z w yciętą w zdłuzm e szczeliną, z n a jd u jąc ą się w w annie z roztw orem chłodzącym, w którym przeprowadzone jest przyspieszone regulow ane chłodzenie główki Przerwę w stosow aniu przyspieszonego chłodzenia po osiągnięciu przez pow ierzchnię główki szyny tem peratury równej 550 C uzyskuje się obniżając poziom roztw oru w odnego pohhartenolu Uzyskano następujące w łasności m echaniczne - granicę plastyczności R e: 930 M Pa - w ytrzym ałość na rozciąganie R m 1250 M Pa - w ydłużenie A 5. 10% - tw ardość pow ierzchni tocznej 370HB - korzystny profil tw ardości charakteryzuje się tym, ze tw ardość w funkcji odległości od pow ierzchni tocznej zm ien iła się łagodnie od w artości 380 HB w odległości 5 m m od p o- wierzchni do wartości 360 HB w odległości 30 mm od pow ierzchni

4

5

6 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz Cena 2,00 zł