(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/EP97/02616

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12)OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/EP97/02616 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , W097/45563, PCT Gazette nr 52/97 (ŚT) IntCl7 E01B7/10 B23P 17/00 C21D9/04 (54) Górna część toru oraz sposób jej wytwarzania (30) Pierwszeństwo: ,DE, (73) Uprawniony z patentu: BWG BUTZBACHER WEICHENBAU GMBH, Butzbach, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 09/99 (72) Twórcy wynalazku: Alfred Kais, Lich, DE Gerhard Ratz, Langgöns, DE Walter Kunitz, Wildau, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/02 (74) Pełnomocnik: Borowska-Kryśka Urszula, PATPOL Spółka z 0.0. PL B1 (57) 9. Sposób wytwarzania bloku krzyżownicy przez łączenie odcinka bazowego wykonanego z pierwszego rodzaju stali, z odcinkiem główki wykonanym z wysokowytrzymałej lub bardzo wysokowytrzymałej stali wydzielającej martenzyt, które to odcinki po ich połączeniu poddaje się wspólnie obróbce cieplnej, znamienny tym, że jako stal pierwszego rodzaju stosuje się bainityczną stal stopową w postaci bainitycznego bloku tworzącego przedni obszar bloku krzyżownicy, który w stanie wyjściowym znajduje się w stanie walcowniczym, zaś odcinek główki ze stali wysokowytrzymałej lub bardzo wysokowytrzymałej w postaci wkładu łączy się z blokiem bainitycznym za pomocą spawania, na skurcz, lub za pomocą połączenia zaciskowego, a zespół utworzony z bloku bainitycznego i wkładu poddaje się obróbce cieplnej tak, że stal bainityczna ma granicę plastyczności RE1 w zakresie 950 RE1, 1100 N/mm2 i/lub wytrzymałość na rozciąganie RM1, w zakresie 1400 RM1,, 1500 N/mm2, a stal wydzielająca martenzyt ma granicę plastyczności RE2 w zakresie 1600 Re N/mm2 i wytrzymałość na rozciąganie R,^ w zakresie 1800 Rm N/mm2. Fig. 1

2 Górna część toru oraz sposób jej wytwarzania Zastrzeżenia patentowe 1. Górna część toru w postaci bloku krzyżownicy, która na części swej długości ma budowę warstwową, z odcinkiem bazowym i połączonym z nim bezpośrednio odcinkiem główki, po którym jeździ pojazd szynowy, który to odcinek jest ze stali wysokowytrzymałej względnie bardzo wysokowytrzymałej, znamienna tym, że odcinek główki (24, 30, 32) ze stali.wysokowytrzymałej względnie bardzo wysokowytrzymałej tworzy wkład stanowiący przedni obszar ostrza bloku krzyżownicy umieszczony w odcinku bazowym, a wkład z odcinkiem bazowym jako jeden zespół poddawany jest obróbce cieplnej tak, że odcinek główki ma wytrzymałość na rozciąganie RM2 wynoszącą 1700 do 2200 N/mm i/lub granicę plastyczności Rp2 wynoszącą 1600 do 1800 N/mm2, przy czym odcinek bazowy (22, 28, 34) jest blokiem bainitowym ze stali stopowej, usytuowanym w przednim obszarze krzyżownicy. 2. Górna część toru według zastrz. 1, znamienna tym, że wysokowytrzymała stal jest stalą niklową lub stalą chromowo-niklową wydzielającą martenzyt. 3. Górna część toru według zastrz. 1, znamienna tym, że odcinek bazowy (22, 28, 34) połączony jest z odcinkiem główki (24, 30, 32) na zacisk, na skurcz lub za pomocą spawania, zwłaszcza spawania pod osłoną gazu ochronnego, spawania elektronowego lub spawania laserowego. 4. Górna część toru według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że odcinek główki (24, 30, 32) jest odcinkiem z wysokowytrzymałej stali zawierającej 0,03% wag. C, 18% wag. Ni, 5% wag. Mo, 10% wag. Co i 1% wag. Ti. 5. Górna część toru według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że odcinek bazowy (22,28, 34) jest odcinkiem ze stali bainitycznej zawierającej około 0,3-0,5% wag. C, 1-1,5% wag. Si, 0,5-1,5% wag. Mn, 1% wag. Cr, 0,7-1,2% wag. Mo i korzystnie pewien udział V i Ni. 6. Górna część toru według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że odcinek bazowy (22, 2 8,34) po wspólnej obróbce cieplnej ma granicę plastyczności RE1 wynoszącą około N/mm i/lub wytrzymałość na rozciąganie RMI wynoszącą około N/mm2. 7. Górna część toru według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że odcinek główki (24, 30, 32) w stanie wyjściowym znajdujący się w stanie wyżarzania rozpuszczającego 0 temperaturze około C, przez następujące szybkie ochłodzenie stanowi austenit 1 ma granicę plastyczności wynoszącą około N/mm2 i/lub wytrzymałość RM2A wynoszącą około N/mm2. 8. Górna część toru według zastrz. 1 albo 3, znamienna tym, że odcinek bazowy (2 2,2 8,34) ze stali bainitycznej w stanie wyjściowym ma stan walcowniczy i ma granicę plastyczności RE1A wynoszącą około N/mm i/lub wytrzymałość na rozciąganie RM1A wynoszącą około N/mm2. 9. Sposób wytwarzania bloku krzyżownicy przez łączenie odcinka bazowego wykonanego z pierwszego rodzaju stali, z odcinkiem główki wykonanym z wysokowytrzymałej lub bardzo wysokowytrzymałej stali wydzielającej martenzyt, które to odcinki po ich połączeniu poddaje się wspólnie obróbce cieplnej, znamienny tym, że jako stal pierwszego rodzaju stosuje się bainityczną stal stopową w postaci bainitycznego bloku tworzącego przedni obszar bloku krzyżownicy, który w stanie wyjściowym znajduje się w stanie walcowniczym, zaś odcinek główki ze stali wysokowytrzymałej lub bardzo wysokowytrzymałej w postaci wkładu łączy się z blokiem bainitycznym za pomocą spawania, na skurcz, lub za pomocą połączenia zaciskowego, a zespół utworzony z bloku bainitycznego i wkładu poddaje się obróbce cieplnej tak, że stal bainityczna ma granicę plastyczności RE1 w zakresie 950 Re1, 1100 N/mm2 i/lub wytrzymałość na rozciąganie RM1 w zakresie 1400 Rm N/mm, a stal wydzielająca martenzyt ma granicę plastyczności RE2 w zakresie 1600 RE N/mm2 i wytrzymałość na rozciąganie RM2 w zakresie 1800 RM N/mm2.

3 Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że jako odcinek główki stosuje się stal wydzielającą martenzyt, która w stanie wyjściowym jest w stanie po wyżarzaniu rozpuszczającym w temperaturze od 900 do 1000 C i następnie poddaje się ją szybkiemu chłodzeniu do temperatury austenitu. 11. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że odcinek główki połączony z odcinkiem bazowym poddaje się wyżarzaniu dyfuzyjnemu w temperaturze około C przez czas 1 do 7 godzin, korzystnie 1 do 5 godzin. * * * Wynalazek dotyczy górnej części toru w postaci bloku krzyżownicy, który na części swej długości ma budowę warstwową z odcinkiem bazowym i połączonym z nim bezpośrednio, przejezdnym przez pojazd szynowy odcinkiem główki wykonanym z wysokowytrzymałej lub bardzo wysokowytrzymałej stali wydzielającej martenzyt. Ponadto wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania bloku krzyżownicy przez połączenie odcinka bazowego wykonanego z pierwszego rodzaju stali, z odcinkiem główki wykonanym z wysokowytrzymałej lub bardzo wysokowytrzymałej stali wydzielającej martenzyt, które to odcinki po ich połączeniu poddaje się wspólnej obróbce cieplnej. Z DE-AS znana jest krzyżownica z dziobem krzyżownicy w rodzaju bloku, w której ostrze iglicy wykonane jest z materiału, którego granica plastyczności przy ściskaniu jest większa od granicy plastyczności materiału z którego jest wykonany element łączący. Ostrze iglicy i element łączący są zespawane, przy czym zespół złożony z ostrza iglicy i elementu łączącego łącznie ze złączem spawanym, poddaje się ulepszeniu cieplnemu z hartowaniem w oleju. Uzyskane przy tym wytrzymałość ostrza iglicy i elementu łączącego m ają wielkość 1300 do 1500 N/mm2, względnie 1050 do 1150 N/mm2. Aby uzyskać ostrza iglicy o żądanej wytrzymałości muszą być one wykonane ze stali specjalnej, która jest stosunkowo droga. Mimo to takie dzioby krzyżownicy nie mają żądanej wytrzymałości i granicy plastyczności wymaganej na trasach, gdzie stosuje się duże prędkości, i nie m ogą być stosowane bez częstej kontroli materiału. Z EP A1 znana jest krzyżownica składająca się z korpusu podstawowego wykonanego ze znormalizowanej stali szynowej i naniesionego na niego za pomocą napawania odcinka główki wykonanego ze stali utwardzonej dyspersyjnie z martenzytu. Po połączeniu korpusu podstawowego z odcinkiem główki prowadzi się ich wspólną obróbkę cieplną, przy czym ze względu na użyte materiały zwiększa się wytrzymałość znormalizowania stali szynowej. Z EP A1 znane jest połączenie szynowe, które wykonane jest ze stali austenitycznej połączonej ze stalą bainityczną. Po połączeniu tych różnych rodzajów stali dokonuje się obróbki cieplnej. Zadaniem wynalazku jest opracowanie górnej części toru w postaci bloku krzyżownicy wspomnianego rodzaju, oraz sposób wytwarzania jej tak, aby wytwarzanie było tańsze, a krzyżownica miała dużą wytrzymałość i granicę plastyczności wytrzymujące silne obciążenia. Poza tym powinna istnieć możliwość łączenia odcinków ze sobą nie tylko za pomocą spawania. Zadanie to w odniesieniu do bloku krzyżownicy zostało rozwiązane przez to, że w ykonany z wysokowytrzymałej lub bardzo wysokowytrzymałej stali odcinek główki stanowi wkład w odcinku bazowym tworzący przedni obszar ostrza bloku krzyżownicy, a wkład wraz z odcinkiem bazowym, jako zespół, poddaje się obróbce cieplnej tak, że odcinek główki ma wytrzymałość na rozciąganie RM2 wynoszącą 1700 do 2200 N/mm2 i/lub granicę plastyczności Rn wynoszącą 1600 do 1800 N/mm2, przy czym odcinek bazowy jest blokiem bainitowym ze stali stopowej usytuowanym w przednim obszarze krzyżownicy. Według wynalazku blok krzyżownicy ma budowę warstwową, w której tylko obszar poddany przejazdom powodującym znaczne zużycie, znajdujący się na początku dziobu krzyżownicy i poddany wysokim obciążeniom ma żądaną wytrzymałość i/lub granicę plastyczno-

4 ści, natomiast pozostałe obszary, które pełnią funkcję nośną i wspierającą oraz podlegają warunkom pracy podobnym jak szyny, wykonane są z tańszej stali bainitycznej. Powstaje przy tym zwłaszcza ta korzyść, że przy wspólnej obróbce cieplnej oba materiały podlegają takim zmianom swych własności, że ich wytrzymałość ulega poprawie, a granica plastyczności zwiększa się. Zwłaszcza przewiduje się, że wysokowytrzymała względnie bardzo wysokowytrzymała stal jest stalą niklow ą lub chromowo-niklową wydzielającą martenzyt, która w stanie wyjściowym, w stanie nie wyżarzenia rozpuszczającego w zakresie temperatur 900 do 1100 C po dokonanym hartowaniu przechodzi w austenit. Natomiast w przypadku odcinka bazowego chodzi o stal bainityczną, która znajdując się w stanie walcowniczym chłodzona jest w sposób sterowany względnie poddawana jest obróbce cieplnej w zakresie temperatur 800 do 950 C, a następnie sterowanemu chłodzeniu. Odcinek bazowy może być połączony z odcinkiem główki nie tylko za pom ocą spawania lecz również przez zacisk lub skurcz. Jeżeli materiały mają być łączone przez spawanie to korzystne jest spawanie pod osłoną gazu ochronnego, spawanie elektronowe lub spawanie laserowe. Ponadto materiały i ich obróbka odznaczają się tym, że stal bainityczną jako odcinek bazowy, po wspólnej obróbce cieplnej ma granicę plastyczności wynoszącą ok N/mm i/lub wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą ok N/mm2. Obróbkę cieplną przeprowadza się zwłaszcza tak, że granica plastyczności wynosi ok N/mm2 a wytrzymałość na rozciąganie wynosi ok N/mm2. Własności materiałowe odcinka główki wykonanego ze stali wysokowytrzymałej charakteryzują się tym, że w stanie wyjściowym granica plastyczności wynosi ok N/mm2, zwłaszcza N/mm2 i/lub wytrzymałość na rozciąganie wynosi ok N/mm2, zwłaszcza 1100 N/mm2. Natomiast odcinek bazowy w stanie wyjściowym ma granicę plastyczności wynoszącą ok N/rnm2, zwłaszcza 820 N/mm2 i/lub wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą N/mm2, zwłaszcza 1300 N/mm2. Ponadto stal bainityczna jako odcinek bazowy ma skład chemiczny zawierający 0,3-0, 5% wag. C, 1-1,5% wag. Si, 0,5-1,5% wag. Mn, około 1% wag. Cr, 0,7-1,2% wag. Mo i ewentualnie pewien udział V i Ni. Wysokowytrzymała względnie bardzo wysokowytrzymała stal, z której wykonany jest odcinek główki ma skład chemiczny zawierający 0,03% wag. C, 18% wag. Ni, 5% wag. Mo, 10% wag. Co i 1% wag. Ti. Sposób wytwarzania bloku krzyżownicy przez połączenie odcinka bazowego wykonanego z pierwszego rodzaju stali, z odcinkiem główki wykonanym w wysokowytrzymałej lub bardzo wysokowytrzymałej stali wydzielającej martenzyt, które to odcinki po ich połączeniu poddaje się wspólnie obróbce cieplnej, charakteryzuje się tym, że jako stal pierwszego rodzaju stosuje się bainityczną stal stopową w postaci bainitowego bloku tworzącego przedni obszar bloku krzyżownicy, który blok w stanie wyjściowym znajduje się w stanie walcowniczym, a odcinek główki wykonany ze stali wysokowytrzymałej względnie bardzo wysokowytrzymałej, wykonany jest jako wkład i łączony jest następnie z blokiem bainitowym za pomocą spawania, skurczu lub połączenia zaciskowego, przy czym zespół utworzony z bloku bainitycznego i wkładu poddaje się takiej obróbce cieplnej, że stal bainityczna ma granicę plastyczności RE1w zakresie 950 RE N/mm2 i/lub wytrzymałość na rozciąganie RM1 w zakresie 1400 RM N/mm2, a stal wydzielająca martenzyt ma granicę plastyczności w zakresie 1600 RE N/mm2 i wytrzymałość na rozciąganie RM2 w zakresie 1800 Rm N/mm2. Zwłaszcza przewiduje się, że wspólną obróbkę cieplną, po tym gdy odcinki zostaną połączone ze sobą korzystnie w temperaturze pokojowej, prowadzi się przy temperaturze w zakresie 400 do 600 C przez czas 1 do 7 godzin stosując wyżarzanie dyfuzyjne, wskutek czego w stali wydzielającej martenzyt zachodzi utwardzanie dyspersyjne powodujące żądane zwiększenie własności mechanicznych. Jednocześnie przez odpuszczanie następuje zwiększenie własności mechanicznych stali bainitycznej. Dalsze szczegóły, zalety i cechy wynalazku wy-

5 nikąją nie tylko z zastrzeżeń i zawartych w nich cech i/lub ich kombinacji, lecz również z poniższego opisu przykładów wynalazku przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój przez krzyżownicę, fig. 2 - przekrój wzdłużny dziobu krzyżownicy, fig. 3 - przekrój przez inną postać wykonania obszaru krzyżownicy z dziobem krzyżownicy łączonym na skurcz, fig. 4 - przekrój wzdłużny dziobu krzyżownicy z fig. 3, fig. 5 - widok w przekroju trzeciej postaci wykonania obszaru krzyżownicy z zaciśniętym dziobem krzyżownicy, a fig. 6 - przedstawia przekrój wzdłużny dziobu krzyżownicy z fig. 5. Na fig. 1 przedstawiony jest przekrój przez zwrotnicę w obszarze jej krzyżownicy. Pomiędzy szynami skrzydłowymi 10 i 12 usytuowany jest dziób krzyżownicy 14 umieszczony względem szyn skrzydłowych 10 i 12 w pewnym odstępie za pomocą wkładek 16 i 18, i połączony z szynami skrzydłowymi za pomocą śruby z dwustronnym gwintem 20. W ten sposób wykonane są również znane konstrukcje. Według wynalazku dziób krzyżownicy 14 ma budowę warstwową, w której na odcinku bazowym 22 umieszczony jest odcinek główki 24, który w przykładzie wykonania z fig. 1 i 2 zespawany jest z odcinkiem bazowym 22. W tym celu stosuje się spawanie w osłonie gazów ochronnych, spawanie elektronowe lub spawanie laserowe. Jak widać to zwłaszcza z przekroju wzdłużnego na fig. 2 odcinek główki 24 usytuowany jest w przednim obszarze 26 dziobu krzyżownicy 14, a więc w obszarze poddawanemu zwykle szczególnie dużemu zużyciu. Według wynalazku odcinek bazowy 22 wykonany jest ze stali bainitycznej, a odcinek główki 26 wykonany jest ze stali o dużej wytrzymałości lub o bardzo dużej wytrzymałości, wydzielającej martenzyt, przy czym odcinek główki 24 po połączeniu z odcinkiem bazowym 22 poddawane są wspólnej obróbce cieplnej. Odcinek bazowy 22 wykonany ze stali bainitycznej, w stanie wyjściowym, a więc przed połączeniem go z odcinkiem główki 24, znajduje się w stanie walcowniczym, tzn. nadającym się do walcowania. Przy tym stal bainityczna korzystnie ma skład chemiczny w postaci 0,3-0,5% wag. C, 1-1,5% wag. Si, 0,5-1,5% wag. Mn, około 1% wag. Cr, 0,7-1,2% wag. Mo, oraz pewien udział V i Ni. Mechaniczne własności stali bainitycznej znajdującej się w stanie walcowniczym w odniesieniu do granicy plastyczności RElAwynoszą ok. 820 N/mm2 a w odniesieniu do wytrzymałości ma rozciąganie RM1Awynoszą 1350 N/mm2. Stal wysokowytrzymała wydzielająca martenzyt, która w stanie wyjściowym jest wyżarżana rozpuszczająco w temperaturze 900 do 1050 C a następnie szybko schładzana tworząc austenit, ma skład chemiczny zawierający 0,03% wag. C, 18% wag. Ni, 5% wag. Mo, 10% wag. Co, i 1% wag. Ti. Mechaniczne własności odnośnie granicy plastyczności RE2A wynoszą N/mm2, a w odniesieniu do wytrzymałości na rozciąganie RM2Awynoszą ok N/mm2. Po zespawaniu odcinka główki 24 z odcinkiem bazowym 22 dokonuje się wspólnej obróbki cieplnej w temperaturze 400 do 600 C, zwłaszcza 450 do 500 C, w czasie 1 do 7 godzin, korzystnie 2 do 6 godzin, przy czym w stali wydzielającej martenzyt, wskutek utwardzenia dyspersyjnego następuje zwiększenie własności mechanicznych tak, że wytrzymałość na rozciąganie RM2 zwiększa się do N/mm2, a granica plastyczności RE2 do 1700 N/mm2. Wskutek wspólnej obróbki cieplnej, przez tzw. wyżarzanie dyfuzyjne (ujednorodniające) zmieniają się własności materiałowe odcinka bazowego 22, który może być również nazywany blokiem bainitowym, zm ieniają się również na korzyść tak, że granica plastyczności RE1 zwiększa się do ok N/mm, a wytrzymałość na rozciąganie Rm1zwiększa się do ok N/mm. Jak przedstawiono to na fig. 3 do 6, nie jest konieczne, aby uwarstwione na sobie odcinki bazowy i główki były ze sobą połączone przez zespawanie. Zgodnie z przykładem wykonania przedstawionym na fig. 2 i 3 można to wykonać przez łączenie na skurcz. Na fig. 3 i 4 przedstawiony jest blok krzyżownicy 28 z ostrzem iglicy 30 łączonym na skurcz, które jak i w przykładach wykonania z fig. 1 i 2 wykonane jest z wysokowytrzymałej względnie bardzo wysokowytrzymałej stali wydzielającej martenzyt. Pod tym względem zwraca się również uwagę na opisane własności materiałów. Blok 28 odpowiada odcinkowi bazowemu z fig. 1 i 2 i zgodnie z tym wykonany jest ze stali bainitycznej. Włączenie na skurcz obszaru ostrza iglicy

6 w blok 28 dokonuje się za pomocą zwykle stosowanej techniki. Ściany wzdłużne i boczne zarówno wkładu 30 jak i bloku bazowego 28 mogą być lekko ukośne. Przy nagrzanym bloku 28 wkład 30 wsuwa się więc w wybranie, a po ochłodzeniu ulega on zamocowaniu na skurcz. Zamiast łączenia na skurcz zgodnie z fig. 3 i 4, względnie zespawania zgodnie z fig. 1 i 2, istnieje również możliwość zamocowania wkładu 32 wykonanego z wysokowytrzymałej stali, lub bardzo wysokowytrzymałej stali w bloku 34 wykonanym ze stali bainitycznej, np. za pomocą klinowej listwy 36. W tym celu tworzący przedni obszar dziobu krzyżownicy podlegający znacznemu zużyciu odcinek 32, swą jedną wzdłużną stroną 38 przylega płasko do powierzchni ograniczającej 40 odcinka 42 szyny skrzydłowej utworzonego w bloku 34, natomiast przeciwległe położona strona wzdłużna 44 wkładu 32 przebiega skośnie względem dna 46 utworzonej w bloku 34 obsady dla wkładu 32, przy czym odstęp pomiędzy wzdłużną stroną 44 a sąsiadującą ścianką wewnętrzną 50 bloku 34 staje się coraz mniejszy patrząc w kierunku dna 46. W tej szczelinie 52 zwężającej się w kierunku dna, umieszcza się klin 36, i dociska się go do dna 46 za pomocą bliżej nie zaznaczonych elementów mocujących tak, że następuje zabezpieczenie zamocowania wkładu 32. Niezależnie od wybranego rodzaju konstrukcji względnie zamocowania, wkład 32 wykonany jest z wysokowytrzymałej względnie bardzo wysokowytrzymałej stali wydzielającej martenzyt, a blok 34 wykonany jest ze stali bainitycznej zgodnie z przykładami wykonania z fig. 1 do 4. Fig. 3 Fig. 4

7 Fig. 5 Fig. 6

8 Fig. 1 Fig. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.