книги из ГПНТБ / Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка железнодорожных рельсов

Рис. 185. Аппарат для закалки головок рельсов на заводе MaximiJian НйМе

3 5 6 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

Таблица 59

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЛЬСОВ,

истиранию при небольших нагрузках на ось и не слишком жест­ ких ударах, главным образом, для трамвайных; для железнодо­ рожных рельсов он не получил широкого применения.

Сравнивать непосредственно результаты различных спосо­ бов термической обработки рельсов нельзя, так как в течение довольно длительного периода, пока велись исследования этих способов, изменялся химический состав рельсовой стали. По данным табл. 60 наиболее часто .применяли непрерывное или прерывистое погружение рельсов в холодную или горячую воду, и только в способах Зандберга и Шадрина было применено об­ рызгивание поверхности .катания рельсов. При этом ни один из способов не предусматривал объемной закалки рельсов, т. е. улучшения свойств металла по всему сечению рельса.

горячей воды к парообразованию приводит к неравномерности свойств от рельса к рельсу, а также по длине одного и того же рельса. При этом характерно, что смягчение закалки и большая однородность свойств легче достигаются .прерывистым погру­ жением в воду. В то время, когда головка рельса извлекается из воды, происходит отпуск закаливаемой части сечения рельса.

Закалка обрызгиванием является более энергичной, а глав­ ное, дает значительно большую однородность свойств. В спосо­ бе Шадрина заслонки мешали правильному движению струй, создавали подпор воды и в результате получалось большое раз­ личие в свойствах рельсов. Таким образом, наиболее совершен­ ными являются процессы Зандберга и Neuves Maisons.

Во всех опытах наблюдалось повышение прочностных харак­ теристик: большее для предела текучести и меньшее для .преде­ ла прочности. Это увеличение прочности происходило за счет

но в то же время сужение площади поперечного сечения резко возрастало. Такое сочетание свойств присуще сорбитной струк­ туре, которая наиболее отвечает условиям работы рельсов в пути. При переходе к тросто-сорбитным или тросто-мартенсит- ным структурам одновременно резко снижаются и удлинение при разрыве н сужение площади поперечного сечения, а также ударная вязкость. Материал переходит в. хрупкое состояние.

Многолетние наблюдения за службой термически обработан­ ных рельсов в пути показали, что уже при твердости примерно 300—320 НВ, пределе прочности 100—ПО кг/мм2 и пределе те­ кучести 80—85 кг/мм2 исчезают все явления смятия и связанные с ними дефекты. Поэтому при термической обработке рельсов нет необходимости значительно превышать указанные пределы. И только в случае предотвращения контактной усталости рель­ сов необходимо повышать предел прочности до 180—200 кг/мм2 и предел текучести до 150—170 кг/мм2. Это вряд ли может быть достигнуто на простой углеродистой стали вследствие резкого падения ее вязкости. Здесь необходим переход к легированным рельсам.

Такие высокопрочные рельсы не являются рельсами массово­ го производства. Потребность в них ограничивается самыми трудными участками пути, с наибольшей грузонапряженностью и кривыми малых радиусов. Рельсами массового производства останутся углеродистые рельсы, обработанные на сорбит.

Этот вывод и является наибольшим достижением всего рас­ смотренного выше комплекса исследований, потому что ни в одном из них не было найдено -технологии, пригодной для мас­ сового производства рельсов. В частности, нерешенным остался вопрос о правильном сочетании операций по предупреждению образования флокенов с упрочняющей обработкой. Вопрос о вторичном нагреве рельсов также не нашел никакого решения в этих работах.

Следует отметить, что содержание углерода и марганца во всех опытных рельсах было.недостаточным, и термическая обра­ ботка не обеспечивала тех высоких свойств, которые получаются у стали с более высоким содержанием углерода. Так, в США в связи с изучением закалки концов рельсов, было произведено исследование механических свойств рельсов, содержащих 0,68— 0,82% С, после термической обработки их по разным режимам

(табл. 61).

При вполне удовлетворительном удлинении и высоких значе­ ниях сужения предел прочности во всех случаях выше 110 кг/мм2 и достигает 133,9 кг/мм2. Таких значений предела прочности не было получено ни в одной из рассмотренных работ, потому что содержание углерода в рельсах составляло 0,4—0,6%, т. е.

3 6 0 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЛЬСОВ

Таблица 61

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ РЕЛЬСОВ

в среднем на 0,25% меньше, чем в настоящее время. Кроме улучшения механических свойств при повышении содержания углерода увеличивается также глубина проникновения термиче­ ской обработки (практически по всей головке рельса).

Иследования закалки рельсов по всей длине на заводе А

В 1948—1950 гг. на заводе А были проведены обширные ис­ следования 1 термической обработки рельсов. При этом были изучены девять вариантов термической обработки рельсов:

I — замедленное охлаждение;

II— изотермическая выдержка;

III — изотермическая выдержка, нормализация;

IV — изотермическая выдержка, нагрев, закалка, самоот- >пуск;

V — изотермическая выдержка, нагрев, закалка, отпуск; VI — закалка с прокатного нагрева, изотермическая вы­

держка;

VII — закалка с прокатного нагрева, замедленное .охлажде­ ние;

VIII — повторный нагрев, закалка, изотермическая вы-- держка;

IX — повторный нагрев, закалка, замедленное охлаж­ дение.

1 Состав комиссии: председатель проф. Ю. В. Грдина, гл. инж. КМК В. Д. Смирнов, проф. В. А. Тиховский, гл. инж. пути и сооружений М. А. Чер­ нышов, руководитель лаборатории ЦНИИ МПС А. И. Скакав, ст. научн. сотрудник Института металлургии АН СССР Л. Л. Пинхусович.

Необходимо было .найти .наилучшее сочетание отдельных опе­ раций, которое надежно 'предотвращает образование флокенов и обеспечивает высокие механические свойства рельсов.

На основании имевшихся уже данных режим нормализации был принят следующий: охлаждение рельсов ниже температуры

62): 8 «мягких» и 8 «твердых». После соответствующей обра­

На заводе А были созданы машины для термической обра­ ботки как проб, так и рельсов. Для закалки проб была построе­ на так называемая «малая» машина, а для закалки рельсов — машина, спроектированная и построенная Украинским институ­ том металлов совместно с Гипросталью. Условия закалки проб- и рельсов в обеих машинах были одинаковы. В частности, ско­ рость движения рельсов, количество подаваемой воды, числоструевых аппаратов были одинаковы в -обеих машинах.

Малая машина (рис. 186) состояла из параллелей, на кото­ рые нагретая рельсовая проба укладывалась головкой вниз. При помощи троса, наматывающегося на лебедку, проба двига­ лась по параллелям над струевьгми аппаратами. Струи воды из аппаратов направлялись вверх и обрызгивали головку. Привод машины позволял плавно менять скорость движения пробы в пределах 0,1—0,3 м/сек.

Машина оборудована водопроводной сетью с необходимыми измерительными приборами. Возможный максимальный расход воды составлял 100 м3/час при давлении в водопроводной сети 3—5 атм. Вода очищалась специальным фильтром.

Для нагрева проб было смонтировано пять электрических печей, -позволявших повышать температуру до 950°. Размеры ра­ бочего пространства печей: ширина 0,9 м, длина 1,8 м и высота