(12)OPIS PATENTOWY (19)PL (11)185064

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12)OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (2 1 ) N um er zgłoszenia (22) D ata zgłoszenia (86) Data i num er zgłoszenia m iędzynarodow ego , PCT/EP97/02614 (87) Data i num er publikacji zgłoszenia międzynarodow ego , W097/45562, PCT Gazette nr 52/97 (13)B1 (51) IntCl7 C21D9/04 B23K 35/00 E01B 7/10 (54)Sposób wytwarzania elementu toru kolejowego (30) Pierw szeństw o: ,DE, (73) U praw niony z p aten tu : BWG GmbH & Co KG, Butzbach, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/99 (72) T w órcy w ynalazku: Alfred Kais, Lich, DE Gerhard Ratz, Langgons, DE Walter Kunitz, Wildau, DE (45) O udzieleniu p aten tu ogłoszono: WUP 02/03 (74) P ełnom ocnik: Nowakowski Janusz, PATPOL Spółka z o o PL B1 (57) 1. Sposób w ytw arzania elem entu toru kolejowego, zw łaszcza elem entu dużej zw rotnicy, a szczególnie dziobu krzyzow nicy w ykonanego ze stali manganowej nieścieralnej dla szyn przyłączeniow ych ze stali węglowej, poddawanego obróbce cieplnej oraz obróbce plastycznej, zn am ien n y tym, ze stal w ę- glow ą i stal m anganow ą nieścieralną łączy się bezpośrednio przez spaw anie elektronow e lub poprzez warstwę pośrednią ze stopu na bazie niklu i następnie jako jedną jednostkę obrabia się cieplnie, ogrzewając do tem peratury od 890 C do 1030 C, korzystnie od 900 C do 980 C, i utrzym uje się w tej tem peraturze w czasie od 0,5 h do 5 h, korzystnie od 1 h do 4 h, a następnie poddaje się hartowaniu w kąpieli, korzystnie stabilizowanej polim erem, po czym obrabia się plastycznie, a następnie poddaje się obróbce cieplnej, podczas której stal m anganow ą nieścieralną odpuszcza się, a stal w ęglow ą wyzarza się ujednoradniąjąco.

2 Sposób wytwarzania elementu toru kolejowego Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania elementu toru kolejowego, zwłaszcza elementu dużej zwrotnicy, a szczególnie dziobu krzyżownicy wykonanego ze stali manganowej nieścieralnej dla szyn przyłączeniowych ze stali węglowej, poddawanego obróbce cieplnej oraz obróbce plastycznej, znamienny tym, że stal węglową i stal manganową nieścieralną łączy się bezpośrednio przez spawanie elektronowe lub poprzez warstwę pośrednią ze stopu na bazie niklu i następnie jako jedną jednostkę obrabia się cieplnie, ogrzewając do temperatury od 890 C do 1030 C, korzystnie od 900 C do 980 C, i utrzymuje się w tej temperaturze w czasie od 0,5 h do 5 h, korzystnie od 1 h do 4 h, a następnie poddaje się hartowaniu w kąpieli, korzystnie stabilizowanej polimerem, po czym obrabia się plastycznie, a następnie poddaje się obróbce cieplnej, podczas której stal manganową nieścieralną odpuszcza się, a stal węglową wyżarza się ujednoradniająco. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że harfowanie elementu toru kolejowego prowadzi się tak długo aż stal węglowa uzyska strukturę zawierającą25% do 50% bainitu, korzystnie 30% do 40%, i co najmniej 40% perlitu, korzystnie co najmniej 50% w odniesieniu do całej objętości stali węglowej, oraz martenzyt. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wyzarzanie ujednoradniające stali węglowej prowadzi się aż do uzyskania perlitu drobnoziarnistego. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania elementu toru kolejowego, zwłaszcza elementu dużej zwrotnicy, a szczególnie dzioba krzyżownicy z szynami przyłączeniowymi. Z opisu DE-AS jest znana krzyżownica z dziobem krzyżownicy w rodzaju bloku, przy czym element dziobowy jest wykonany ze stali o twardości naturalnej, a szyna przyłączeniowa ze zwykłej jakościowo stali. Element dziobowy i szyny przyłączeniowe po spawaniu ulepsza się cieplnie z hartowaniem w oleju. Także jest znany sposób łączenia dzioba krzyżownicy, wykonanego ze stali manganowej nieścieralnej poprzez część pośrednią z niskowęglowej stali austenitycznej, z szynami przyłączeniowymi, wykonanymi ze stali węglowej. Po wytworzeniu pierwszego złącza spawanego następuje potem wyżarzanie ujednoradniające. Aby połączyć następnie stal manganową nieścieralną ze stalą węglową jest stosowana część pośrednia, wykonana ze stali, przy czym spawanie przeprowadza się w ustalonej kolejności, a po pierwszym procesie spawania przeprowadza się obróbkę cieplną, jednak bez zapewnienia, że przy drugim procesie spawania będą wykluczone szkodliwe wpływy części pośredniej, która musi posiadać określoną długość, aby osiągnąć termiczny rozdział pomiędzy częściami spawanymi. Z opisu AT B jest znany sposób wytwarzania elementu krzyżownicy, w którym dziób krzyżownicy, zanim zostanie zespawany z szynami przyłączeniowymi, poddaje się celowej obróbce cieplnej, aby osiągnąć drobnopłytkową strukturę perlityczną. Opis DD A5 przedstawia sposób wytwarzania elementu krzyżownicy, w którym w celu polepszenia wytrzymałości na ścieranie części krzyżownicy na korpusie, wykonanym z dobrze spawalnej stali, umieszcza się przez platerowanie wybuchowe lub spawanie elektronowe powierzchnię toczną szyny. Zastosowanie austenitycznej stali manganowej do wytwarzania spawalnych części konstrukcyjnych, zw łaszcza na elementy dziobowe krzyżownicy, jest przedstawione w opisie DE C2. Z opisu DE Al jest znany sposób wytwarzania elementów toru kolejowego, w którym stal m anganow ą nieścieralną łączy się przez spawanie, poprzez część pośrednią,

3 zawierającą nikiel, z niskostopową stalą ferrytyczną. Przy tym najpierw warstwę pośrednią łączy się przez zgrzewanie oporowe doczołowe ze stalą manganową nieścieralną, a następnie jest przeprowadzona obróbka cieplna. W celu wytworzenia elementu toru kolejowego następnie dospawywuje się szynę z odpowiedniej stali. Opis FR A l przedstawia połączenie odcinków szyn za pomocą spawania elektronowego. Zadaniem wynalazku jest takie udoskonalenie sposobu wytwarzania elementu toru kolejowego, że następuje połączenie pomiędzy częściami toru kolejowego, wykonanymi z różnych materiałów, bez negatywnego wpływu na łączone materiały. Zadanie to zostało rozwiązane dzięki temu, że stal w ęglową i stal manganową nieścieralną łączy się bezpośrednio przez spawanie elektronowe lub poprzez warstwę pośrednią ze stopu na bazie niklu i następnie jako jedną jednostkę obrabia się cieplnie ogrzewając do temperatury od 890 C do 1030 C, korzystnie od 900 C do 980 C, i utrzymuje się w tej temperaturze w czasie od 0,5 h do 5 h, korzystnie od 1 h do 4 h, a następnie poddaje się hartowaniu w kąpieli, korzystnie stabilizowanej polimerem, po czym obrabia się plastycznie, a następnie poddaje się obróbce cieplnej, podczas której stal manganową nieścieralną odpuszcza się, a stal węglową wyżarza się ujednoradniająco. Korzystnie hartowanie elementu toru kolejowego prowadzi się tak długo, aż stal węglowa uzyska strukturę zawierającą 25% do 50% bainitu, korzystnie 30% do 40% i co najmniej 40% perlitu, korzystnie co najmniej 50% w odniesieniu do całej objętości stali węglowej, oraz martenzyt. Zgodnie z wynalazkiem wyżarzanie ujednoradniające stali węglowej prowadzi się aż do uzyskania perlitu drobnoziarnistego. Dzięki takiemu rodzajowi połączenia następuje uproszczenie sposobu wytwarzania wobec znanego stanu techniki, ponieważ według wynalazku istnieje możliwość bezpośredniego połączenia elementu toru kolejowego, wykonanego ze stali manganowej nieścieralnej, z drugim elementem toru kolej owego, wykonanego ze stali węglowej, aby następnie tak utworzonąjednostkę obrabiać jako całość. Przez zastosowanie spawania elektronowego osiąga się zaletę bezpośredniego łączenia stali manganowej nieścieralnej ze stalą węglową. Alternatywnie może być podejmowane połączenie poprzez warstwę pośrednią wykonaną ze stopu na bazie niklu. O ile jako część pośrednia jest wykorzystany stop na bazie niklu, w którym udział niklu wynosi co najmniej 60% wagowych stopu, to osiąga się zaletę, że warstwa pośrednia jest bardzo ciągliwa i ma korzystne mechaniczne właściwości, bez negatywnego wpływu na warstwę pośrednią przy wysokich wahaniach temperatur, które mogą występować przy spawaniu. Osiąga się zatem polepszone własności materiałowe w porównaniu do stali specjalnej, wykorzystywanej według stanu techniki, zwłaszcza stali austenitycznej, której własności są jak wiadomo silnie zależne od temperatury. Aby w prosty sposób spawać część pośrednią z różnymi materiałami, część pośrednia jest połączona z jednym materiałem przez natapianie lub doczołowe zgrzewanie oporowe, a następnie z drugim materiałem przez zgrzewanie oporowe, przy czym niezależnie od rodzaju natapiania warstwa pośrednia powinna posiadać długość od około 3 do 15 mm. Reasumując, element toru kolejowego, zwłaszcza element dużej zwrotnicy, wykonany z różnych materiałów połączonych przez spawanie, z których jednym materiałem jest stal węglowa, a drugim materiałem stal manganowa nieścieralna, przy czym element toru kolejowego jako całość jest poddawany obróbce cieplnej, odznacza się tym, że stal węglowa w strukturze mieszanej zawiera co najmniej bainit z udziałem B 1; perlit z udziałem Pj i martenzyt z udziałem M 1; a B 1+ P 1 > M1,a stal manganowa nieścieralna jest plastycznie odkształcona i ma strukturę austenityczną. Tak wykonany element toru odznacza się zwłaszcza wysoką wytrzymałością i granicą plastyczności.

4 Wycinek elementu zwrotnicy jest przedstawiony na schematycznym rysunku. Jak widać z rysunku, w obszarze krzyżownicy 10 element toru kolejowego zawiera dziób 12 oraz z nim połączone szyny przyłączeniowe 14 i 16. Wystawiony na wysokie obciążenia dziób 12 jest wykonany ze stali manganowej nieścieralnej o zawartości manganu od około 10 do 20% wagowych. Na szyny przyłączeniowe 14, 16 jest stosowana stal węglowa, przykładowo zgodnie z analizą ziarna jakość 900 A według Warunków UIC, względnie S 1100 według Warunków firmy BWG Butzbacher Weichenbau GmbH. Według wynalazku, niezależnie od różnych materiałów dzioba krzyzownicy 12 ze stali manganowej nieścieralnej i szyn przyłączeniowych 14, 16 ze stali węglowej następuje ich połączenie albo bezpośrednie przez spawanie elektronowe lub części 12,14,16 toru kolejowego są spawane przez część pośrednią 18,20, która jest wykonana ze stopu na bazie niklu, o następującym składzie w % wagowych: Ni: 75 do 90%, C: < 0,005%, Mn: do około 1%, ewentualnie Cr: 5 do 15%, Fe: <8%. Ewentualnie mogą być także określone udziały Fe, Ti, S, Mo, Al, Co, Cu, Mb, U, W, Pb, As i/lub B. Przez zastosowanie stopu na bazie niklu jako części pośredniej 18,20 jest osiągnięta zaleta, że stosuje się materiał, który jest bardzo ciągliwy i ma korzystne mechaniczne własności, także wysokie wahania temperatur, które mogą występować przy spawaniu z dziobem krzyżownicy 12, względnie z szynami przyłączeniowymi 14, 16, i nie prowadzą do żadnych szkodliwych wpływów. Stop na bazie niklu przez natapianie lub zgrzewanie oporowe doczołowe może być spawany najpierw z jedną częścią toru kolejowego, a więc albo z szynami przyłączeniowymi 14,16 lub z dziobem krzyżownicy 12. Przy zgrzewaniu oporowym doczołowym powinna być stosowana elektroda kompaktowa, której geometria przekroju poprzecznego odpowiada w obszarze przyłączeniowym części przyłączeniowej, a więc albo szynie przyłączeniowej 14,16 lub dziobowi krzyżownicy 12. Stop na bazie niklu powinien posiadać długość warstwy od 3 do 15 mm. Tak ukształtowana warstwa części pośredniej 18,20 jest połączona z inną częścią toru kolejowego, a wiec z dziobem krzyżownicy 12 lub szynami przyłączeniowymi 14,16 również przez spawanie, zwłaszcza przez doczołowe zgrzewanie oporowe. Alternatywnie istnieje możliwość bezpośredniego połączenia części toru kolejowego, a więc dzioba krzyżownicy 12 z szynami przyłączeniowymi 14,16 przez spawanie elektronowe. Po połączeniu części toru kolejowego między sobą przez spawanie elektronowe, za pomocą części pośredniej 18,20 całkowity element toru kolejowego 10 jest w ten sposób poddawany wspólnej obróbce cieplnej, że jest on ogrzewany do temperatury T 900 C T 980 C i w tej temperaturze jest utrzymywany w czasie 1 1 godziny t 4 godzin. Potem następuje, korzystnie w kąpieli polimeryzacyjnej, częściowe hartowanie w ten sposób, ze stal węglowa, a więc w przykładzie wykonania szyny przyłączeniowe 14, 16, zawiera udział bainitu od około 30 do 40%, udział perlitu co najmniej 50% i jako dalszą resztę martenzyt, przy czym perlit powinien być drobnopłytkowy. Po połączeniu części toru kolejowego między sobą przez spawanie elektronowe, za pomocą części pośredniej jest wytwarzany element toru dużej zwrotnicy, przykładowo dziobu krzyzownicy. Po tym zastosowana stal manganowa nieścieralna może być odkształcana plastycznie przez quasistatyczne lub dynamiczne kierowanie siły, przy czym jako środki do kierowania siły są możliwe znane techniki, jak zagęszczanie wybuchowe, młotkowanie lub ostrzeliwanie kulkami stalowymi. Na koniec cały wytworzony element konstrukcyjny jest poddawany dalszej obróbce cieplnej, aby osiągnąć odpuszczenie udziału struktury martenzytu i bainitu w stali węglowej a w stali manganowej nieścieralnej osiągnąć wytwarzanie ujednorodniające z utwardzaniem dyspersyjnym, poprzez drobnodyspersyjny udział cementytu.

5

6 Departament W ydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.