Глава XII термическая обработка цельнокатаных колес

§ 55. Способы термической обработки

Одним из важнейших условий работы подвижного состава железных дорог является длительная служба колес. Увеличение срока службы колес не только уменьшает их парк, находящийся в эксплуатации, но и значительно повышает (продолжительность пробега ходовых частей подвижного состава между ремонтами. Повышение износостойкости колес благотворно влияет па со­хранность верхнего строения пути. Особенно важное значение в последние годы приобрело повышение стойкости колес против образования дефектов, называемых выщербинами (а также раковинами или выкрашиванием). Этот вид разрушения поверхно­сти катания колес приводит к частым отцепкам вагонов в пути, и поэтому борьба с ними приобретает исключительно' важное значение.

Увеличение срока службы колес может быть достигнуто двумя путями: 1) подбором химического состава колесной стали, обе­спечивающего высокую твердость и, следовательно, высокую стойкость против истирания, смятия и образования выщербин; 2) путем термической обработки (закалки и отпуска) либо всего колеса, либо поверхности катания обода.

Рассматривая хронологически изменения технологического процесса производства железнодорожных колес, можно устано­вить, что для первого этапа развития, охватывающего период от середины прошлого столетия до двадцатых годов текущего, ха­рактерным является стремление повысить износостойкость колес путем повышения их природной твердости изменением химиче­ского состава колесной стали, главным образом путем увеличе­ния содержания углерода.

Этот сдвиг в сторону повышения природной твердости бандажном и колесной стали следует объяснить стремлением уве­личить стойкость бандажей и колес против образования дефек­тов, связанных с истиранием или смятием поверхности катания. Относительно малые нагрузки на ось, малые скорости движения и сравнительно легкие условия торможения не вызывали образования выщербин или приводили к незначительному их образо­ванию и процессе эксплуатации.

Однако переход на производство колес из стали с повышен­ным содержанием углерода вызвал ряд затруднений. Прежде всего это привело к повышению сопротивления стали деформиро­ванию, что вынуждало1 применять агрегаты большой мощности. С другой стороны, к колесам предъявлялись требования и в отно­шении пластичности и динамической прочности, повышение же содержания углерода в стали отрицательно сказывалось на этих свойствах колес.

Дальнейшее увеличение нагрузок на ось, увеличение скорости движения и изменившиеся условия торможения обусловливали повышенный выход из строя колес по выщербинам. В особенно­сти это относилось к колесам, изготовленным из стали с высоким содержанием углерода. Поэтому, начиная с двадцатых годов, в производстве цельнокатаных колес и бандажей широкое распро­странение получила закалка, имевшая целью повышение стой­кости против износа и образования различных дефектов. Приме­нение закалки позволило получать необходимые прочностные и пластические свойства, что повысило срок службы колес даже при пониженном содержании углерода в стали.

Термическая обработка цельнокатаных колес по разному осу­ществляется на различных заводах. Имеются различия как в ви­дах, так и в режимах при сходных видах термической обработки. Все виды термической обработки колес можно разбить на две основные группы:

1. Термическая обработка с общего для деформирования и термической обработки нагрева, именуемая обработкой с прокатного нагрева.

2. Термическая обработка со специального (отдельного) на­грева.

В свою очередь режимы термической обработки как с прокат­ного, так и со специального нагрева могут различаться в зависи­мости от требований, предъявляемых к колесам.

К числу вариантов термической обработки, осуществляемой с прокатного нагрева относятся:

1) закалка поверхности катания с последующим замедлен­ным охлаждением на воздухе;

2) закалка поверхности катания с последующим самоотпу­ском в необогреваемых колодцах (ямах);

3) закалка поверхности катания с охлаждением на воздухе и последующим отпуском со специального нагрева.

К числу вариантов термической обработки, осуществляемой со специального нагрева, относятся:

1) закалка поверхности катания с последующим самоотпус­ком в ямах;

2) закалка поверхности катания с последующим отпуском со специального нагрева;

3) полная закалка колеса в масле с последующим отпуском со специального нагрева;

4) нормализация с последующим отпуском со специального нагрева.

Закалка поверхности катания может производиться либо обрызгиванием водой на закалочных столах, либо путем замочки в воде обода колеса.

Указанные виды термической обработки можно классифици­ровать по схеме рис. 193.

Из практики термической обработки колес можно сделать сле­дующие выводы по перечисленным вариантам:

Рис. 193. Классификация видов термической обработки цельнокатаных колес

1. При различных процессах термической обработки имеет место либо закалка всех элементов колеса, либо поверхностная закалка обода; последняя получила наиболее широкое распрост­ранение.

2. При закалке с прокатного нагрева применяется обычно только поверхностная закалка.

3. Существующими стандартами не оговариваются требова­ния по механическим свойствам диска или ступицы. Практика эксплуатации показала, что при всех вариантах термической обработки гарантируется необходимая прочность и пластичность этих элементов колеса; поэтому поверхностная закалка обода и нашла чрезвычайно широкое распространение.

4. Поверхностная закалка обода со специального нагрева спо­собствует повышению всех механических свойств диска и обода вследствие получения мелкозернистой структуры в результате перекристаллизации; поэтому отпадает необходимость в закалке всех элементов колеса.

5. В ряде случаев заграничной практики закаливаются все элементы колеса со специального нагрева, что с нашей точки зре­ния излишне для колес из углеродистой стали.