CC BY
43
стержня под накатку резьбы М 12x1,25, четвёртом - образование фаски на стержне.
Производство болтов по усовершенствованной технологии обеспечивает величину коэффициента использования материала, равную 0,96.
Внедрение в производство предложенного способа изготовления колесных болтов 2108, 21123101040 с измененной конструкцией позволит:
1) применять высокопроизводительное холодновысадочное оборудование КБ-415 и М12Б
производства ССП, с унифицированным холод -новысадочным инструментом;
2) повысить стойкость холодновысадочного инструмента;
3) увеличить объемы производства болтов для поставок в запчасти;
4) повысить КИМ до 0,96.
Экономия металла на программу всех моделей колесных болтов составит 290 т, а предполагаемый экономический эффект - 4,35 млн руб. в год.
Библиографический список
Сабадаш А.В. Оценка и выбор технологии производства фланцевых болтов: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2005. 103 с.
Сабадаш А.В., Скворцова С.С., Гун Г.С. Выбор эффективной схемы высадки фланцевых болтов на основе использования методов квалиметрии // Новые материалы и технологии НТП-2004: Материалы Всерос. науч.-техн. конф. Т. 2. М., 2004. С. 28-30.
УДК 621.778
A. Д. Носов, Е. П. Носков, С. М. Вершигора, В. П. Рудаков, А. Г. Корчунов,
B. В. Чукин, В. Н. Челищев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОЙ СТЕРЖНЕВОЙ АРМАТУРЫ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ШПАЛ
Реализация принятой компанией ОАО «Рос-сийские железные дороги» программы технического перевооружения отечественных железных дорог ставит задачу организации производства современных комплектующих для верхнего строения пути, в том числе и железобетонных шпал, как наиболее массового компонента дорожного полотна. В целях развития отечественного произ -водства железобетонных шпал компания ОАО «РЖД» намерена приобрести за рубежом несколько специализированных технологических линий. Основным несущим элементом в конструкции шпалы, определяющим работоспособ-ность и долговечность, является высокопрочная стержневая арматура диаметром 10,0 мм. По ком -плексу служебных характеристик арматура существенно отличается от своих аналогов по ГОСТ 5781 и ГОСТ 10884, применяемых для армирова-ния железобетонных изделий [1]. На данный вид изделия разработаны ТУ 14-125-704-96, где уста -новлены требования к механическим свойствам (табл. 1) и химическому составу стали (табл. 2).
Для обеспечения производства железобетонных шпал и загрузки импортных линий перед отечественной промышленностью поставлена задача разработки и освоения собственной технологии производства высокопрочной стержне -вой арматуры.
Специфика требований, предъявляемых к арматуре для шпал, не позволяет решать задачи организации производства данной продукции на ос -нове простого тиражирования традиционных технологий, которые применяются при изготовлении других ввдов армирующих материалов. Основными вопросами, требующими углубленной проработки при организации производства арматурной стали являются изыскания технических решений, обеспечивающих формирование нужного периодического профиля прутков, а также разработка эффективных способов упрочнения профилированного металла для получения требуемого уровня его механических свойств.
В развитии этого направления ОАО «Магнитогорский калибровочный завод» совместно с МГТУ им. Г.И. Носова выполнены исследования по отработке технических решений для реализации поставленной задачи.
Оценивались возможности в достижении требуемого уровня эксплуатационных характе-ристик арматуры деформационным и термиче-ским упрочнением. В качестве исходного металла использовали сталь 55С2.
На первом этапе исследований была отработана технология формирования двухстороннего периодического профиля (рис. 1) в неприводной 4-валковой роликовой клети-волоке. Установле-
Таблица 1
Механические свойства арматуры железобетонных шпал
Параметр Единица измерения Значение (не менее)
Предел прочности <УВ Н/мм2 1470
Предел текучести и0 2 Н/мм2 1325
Удлинение при испытании на растяжение с>10 % 6
Знакопеременные изгибы на 90° на оправке диаметром В=10й, й - диаметр прутка 3
Длительная прочность 2оА при 2106 циклов и а0 = 0,65ав Н/мм2 180
Модуль упругости Е кН/мм2 205
Коррозионная стойкость при ^0 = 0,%2 час 100
ны диаметр заготовки иод профилирование и режимы обжатия, обеспечивающие получение на поверхности арматуры необходимого периодического профиля и требуемой массы погонного метра арматурного прутка [2].
Разработанная технология переработки под -ката в прутки периодического профиля диамет-ром 10,0 мм не обеспечила нужной степени деформационного упрочнения металла на операциях волочения и профилирования. Уровень прочностных свойств арматуры оказался ниже нормативных значений Далее задача достижения требуемого уровня прочностных свойств арматуры решалась с применением методов термического упрочнения профилированных прут -ков путем закалки с последующим отпуском.
Была опробована схема закалка - отпуск с использованием тепла печного нагрева. В лабораторных условиях образцы нагревали под закалку в электрической камерной печи без защитной атмосферы. Температура нагрева под закалку, принятая из условия Асз + (30-50)°С, для стали 55С2 составила 880°С. Продолжительность нагрева 2530 мин обеспечивала необходимую равномерность распределения температуры по сечению прутков и полноту протекания фазовых превра-щений в стали После нагрева образцы поштучно охлаждали в воде. После закалки образцы в лабораторных условиях подвергали печному отпуску в интервале температур 350-400°С продолжитель-ностью 25-30 мин. Характер изменения механических свойств стали в зависимости от параметров печного отпуска представлен на рис. 2.
Таблица 2
Химический состав стали
М ассовая доля элементов, %
Угле- род Крем- ний М арга-нец Хром Медь Никель
Мини- мум 0,4 1,4 0,4 0,2 - -
Мак- симум 0,6 2,0 0,8 0,4 0,3 0,6
Рис. 1. Общий вид арматуры периодического профиля
Температура, град
Температура, град
Рис. 2. Зависимость изменения механическихсвойств арматуры из стали 55С2 от температуры печного отпуска
Применительно к этому способу упрочнения были отработаны режимы, обеспечивающие получение требуемого комплекса свойств арматуры из стали 55С2.
Более прогрессивный вариант организации поточной технологии термического упрочнения арматуры предполагает использование тепла индукционного нагрева. В этом направлении наибольший интерес представляет изучение по -ведения закаленной стали при индукционном отпуске. Литературные данные дают разрозненную картину поведения стали 55С2 при электроотпуске , выполнявшемся в разных условиях с применением различного оборудования, образцов и материалов, электрических и технологических характеристик нагрева и пр. Результаты такого рода исследований трудно подчинить за -дачам настоящей работы по обоснованию технических решений для организации поточных технологий изготовления арматурной стали приме -нигельно к конкретным условиям производства.
В условиях ОАО «МКЗ» с использованием установки УТВЧ, оснащенной специально сконструированным устройством охлаждения водой, получали закаленные образцы арматурных прут -ков периодического профиля.
Условия ивдукционного отпуска моделировались нагревом образцов в ванне с расплавом солей ККОз и NN03, обогреваемой электрическим током. С целью определения промышленных параметров отпуска образцы нагревали до температур 500, 550 и 600°С с записью термограмм нагрева путем регистрации сигнала от хромель-алюмелевой термопары, зачеканенной в одном из образцов, на электронном автоматиче-ском потенциометре КСП-4. Анализ термограмм показал, что скорость нагрева образцов в расплаве солей до указанных температур эквивалентна 13,5 и 26 град/с.
В первой серии опытов закаленные образцы отпускали в расплаве соли при температурах 450, 500, 550 и 600°С с относительно длигель-ными выдержками в 1, 2, 3, 4, 5 и 10 мин. Единственный режим, который позволил получить нормируемые значения прочности и пластично -сти металла - это отпуск, выполненный при температуре 450°С с выдержками 5 и 10 мин. Однако такой режим не может быть реализован в поточной технологии электротермической об -работки арматурной стали по причине суще -ственного дисбаланса параметров нагрева и отпуска. В дальнейшем режим скоростного отпуска были скорректирован в направлении сокращения длительности пребывания образцов в расплаве соли Последующие опыты выполня-
лись при температурах отпуска 500 и 550°С продолжительностью 10, 20, 30, 40 и 60 с. Характер изменения свойств стали 55С2 при обработке по указанным режимам представлен на рис. 3 .
Анализ полученных данных сввдетельствует о возможности формирования требуемых свойств арматурной стали в условиях ускоренного отпуска.
Необходимые показатели прочности! и пла-стичности металла достигнуты отпуском при температуре 550° С за время 30 и 40 с. С учетом времени прогрева металла до заданной температуры в расплаве соли чистое время пребывания образцов при температуре отпуска соответствует 13 и 3 с, что сопоставимо с темпом проведения закалочных операций в потоке индукционного нагрева.
Таким образом, результаты проведенного ис-следования свидетельствуют о принципиальной возможности синхронного выполнения процес -сов закалки и отпуска по ускоренным режимам в поточных технологиях электротермического упрочнения арматурной стали ТВЧ.
Самостоятельным направлением исследований явилась оценка возможности получения арматуры деформационным упрочнением. В зарубежной практике данная технология в настоящее время реализуется на многократных волочиль-ных машинах прямоточного типа [3]. Требуемый
Время отпуска, с
Время отпуска, с
Рис. 3. Изменениесвойств стали 55С2 в зависимости от температуры и продолжительности отпуска
уровень прочности арматуры достигается варьированием диаметра и прочностных характеристик исходной заготовки.
Выполненные в условиях ЦЗЛ ОАО «МКЗ» ис-следования по определению зависимости сопро-тивления деформации стали 55С 2 от степени обжа -тия позволили получить данные для определения диаметра исходного подката. Расчеты показали, что для достижения требуемых прочностных ха -рактеристик арматуры диаметром 10,0 мм необходимо начинать деформацию с диаметра исходного подката 15,0-17,0 мм. Осуществить такие режимы обработки, с учетом специфических особенностей кремнистых сталей, на имеющемся заводском оборудовании практически очень сложно.
Потенциал технологии деформационного упрочнения арматуры существенно зависит от состояния подката, его химического состава и структуры. Реальные перспективы получения ар-
матуры деформационным упрочнением может обеспечить использование сталей эвтектовдного состава, подвергнутых патенгированию. Принимая во внимание трудность проводки заготовок толстых диаметров по технологической цепи ос -новных и вспомогательных операций процесса патенгирования, реализация указанного способа обработки в его традиционном исполнении с ис -пользованием непрерывных агрегатов вряд ли осуществима. Разработка и промышленное внедрение процесса патенгирования, применительно к подкату толстых диаметров, является отдельной наукоемкой задачей
Полученные в результате исследований данные могут быть положены в основу разработки промышленных технологий производства высокопрочной стержневой арматуры для железобе-тонных шпал.
Библиографический список
1. Кугушин А.А. Высокопрочная арматурная сталь. М.: Металлургия, 1980.
2. Отработкатехнолотческихрежимов производствавысокопрочной арматуры железобетонных шпал / В.В. Чукин, А.Г. Кор-чунов, В.И. Корсунский, В.Н.Челищевидр. // Обработкасплошныхислоистыхматериалов: Межвуз. междунар. сб. науч. тр. / Под ред. Г.С.Гуна. Магнитогорск: МГТУ, 2004. Вып. 30.
3. Битков В.В. Технология и машины производства проволоки / УРО РАН. Екатеринбург, 2004.
