Цикл статей:
Глава 1 — Введение. Цели и задачи исследований.
Глава 2 — Анализ причин отказов стрелочных переводов и их элементов
Глава 3 — Материалы и методика исследования
Глава 4 — Сравнительные исследования комплекса физико- механических свойств остряков из сталей марок 76хсф и м73в
Глава 5 — Разработка технологических основ двухстороннего поверхностного упрочнения остряков
Глава 6 — Работы по промышленному внедрению стали 76ХСФ и технологии двухстороннего термического упрочнения остряков
В техническом комплексе путевого хозяйства стрелочные переводы представляют собой ответственную, сложную и дорогостоящую часть верхнего строения пути. Повышение эффективности эксплуатации стрелочных переводов является одним из важнейших факторов, лежащих в основе нормального, соответствующего современному уровню технико-экономических требований, функционирования сети железных дорог.
Главным аспектом технико-экономической эффективности работы стрелочных переводов считается их срок службы [1], который зависит от качества проектирования, изготовления и эксплуатации стрелочных переводов.
Направлениями повышения срока службы стрелочных переводов в целом и их отдельных элементов является создание новых прогрессивных конструкций, совершенствование технологии упрочнения отдельных элементов стрелочных переводов, введение для изготовления различных частей стрелочных переводов новых марок сталей, обладающих повышенными прочностными характеристиками. Общий срок службы стрелочного перевода зависит от долговечности элементов его конструкции, из которых наиболее ответственными и напряженно работающими являются остряки.
Вследствие жестких требований по взаимному положению остряка и рамного рельса [2], смена остряка влечет за собой и смену рамного рельса, а в некоторых случаях и металлических элементов стрелки в целом. Из-за конструктивных особенностей стрелки излом остряка, а также износ или выкрашивание остряка в острой части могут привести к сходу подвижного состава.
Анализ повреждаемости остряков стрелочных переводов показывает, что при наработке среднесетевого нормативного тоннажа 320 млн. тонн брутто из главных и приемо-отправочных путей в порядке одиночной замены изымается 43,5 % остряков. Интенсивность бокового износа на отдельных наиболее интенсивно эксплуатируемых стрелочных переводах составляет 10 мм/10 млн. тонн брутто (при норме бокового износа остряка 6-8 мм), а пропущенный до изъятия тоннаж — 12 — 22 млн. тонн брутто.
Исследование комплекса прочностных и эксплуатационных свойств остряков показало, что применяемая в настоящее время технология упрочнения поверхности катания остряков сжатым воздухом с индукционного нагрева с предварительным упругим выгибом остряков головкой вверх и последующей холодной механической правкой, а также серийные марки стали М73В и М73Т, используемые для производства остряковых рельсов, не обеспечивают необходимого уровня эксплуатационной стойкости в части бокового износа и создают предпосылки к возникновению и развитию ряда дефектов (поверхностные трещины в головке, выгиб остряков в процессе эксплуатации). Это приводит к уменьшению срока службы остряков (на отдельных, наиболее интенсивно эксплуатируемых стрелочных переводах до нескольких месяцев) и соответствующим затратам на ремонт, преждевременную замену и закупку новых остряков. Только в 1996 году МПС затратило около одного млрд. руб. на закупку остряков.
В связи с вышеизложенным, целью данной работы является повышение эксплуатационной стойкости остряков, то есть создание в изделии уровня свойств, позволяющего увеличить срок службы остряка в эксплуатации.
Наиболее эффективным решением вопроса повышения эксплуатационной стойкости остряков в части бокового износа и выгиба под колесной нагрузкой представляется разработка и внедрение перспективной технологии двухстороннего термического упрочнения с индукционным нагревом без предварительного упругого выгиба и новой качественной износостойкой марки стали 76ХСФ с содержанием хрома 0,35-0,55 %.
Мировой опыт закалочного охлаждения рельсов (Япония, Франция, Канада) подтверждает правильность выбранного направления при принятии технического решения по двухсторонней закалке. Применение износостойких низколегированных марок сталей также является приоритетным направлением в производстве рельсовой продукции на ведущих зарубежных предприятиях — производителях. Данные направления улучшения технологии производства остряков получили одобрение в решениях Межведомственной рельсовой комиссии (г. Новосибирск, 1997 г.) [3].
В настоящей работе решаются следующие задачи:
- Анализ повреждаемости остряков в эксплуатации, выявление наиболее массовых видов дефектов и причин их образования.
- Теоретическое и практическое обоснование выбора стали, легированной хромом, и технологии двухстороннего поверхностного упрочнения с индукционным нагревом как эффективных способов повышения эксплуатационной стойкости остряков.
- Сравнительный анализ микроструктуры, прочностных свойств, твердости, износостойкости, прокаливаемости и циклической долговечности остряков из сталей марок 76ХСФ и М73В.
- Моделирование технологии двухстороннего термического упрочнения на образцах остряков на опытной установке.
- Исследование влияния двухстороннего термического упрочнения на физико-механические свойства образцов остряков, упрочненных на опытной установке.
- Разработка промышленной технологии для реализации процесса двухсторонней термической обработки остряков без выгиба в производственных условиях стрелочных заводов.
- Разработка нормативной документации на новую износостойкую марку стали 76ХСФ и технологию двухстороннего поверхностного упрочнения.
Научная новизна выполненных исследований характеризуется следующими положениями:
- Впервые показана эффективность применения рельсовой стали с содержанием хрома 0,35-0,55 % для производства остряков без термического упрочнения.
- Изучено влияние термической обработки на физико-механические свойства остряков из стали 76ХСФ и разработаны требования к схеме и технологическому режиму термической обработки остряков из стали 76ХСФ.
- Дано теоретическое и практическое обоснование возможности развития поверхностных трещин при индукционном нагреве остряков с выгибом.
- Разработаны научные основы технологии двухстороннего термического упрочнения остряков с индукционным нагревом и основные требования к технологическому процессу и оборудованию для реализации двухстороннего поверхностного упрочнения остряков.
- Изучено влияние двухстороннего поверхностного упрочнения на механические свойства, микроструктуру, внутренние остаточные напряжения в остряках из стали 76ХСФ и М73В.
В отечественной промышленности метод двухстороннего термического упрочнения с индукционным нагревом для термической обработки остряков стрелочных переводов ранее не применялся. Новая марка стали с содержанием хрома 0,35-0,55% также не использовалась ранее при производстве остряковых рельсов на отечественных металлургических комбинатах.