Однією з найбільш відповідальних операцій технологічного процесу виробництва кранових коліс є термічна обробка. Вона проводиться з метою підвищення зносостійкості і міцності їх поверхневого шару. Застосовувана для коліс кранів термічна обробка полягає в повному об’ємному прогрівати колеса до температури перетворення і охолодженні у воді тільки робочої поверхні (обода) при обертанні колеса. Такий метод дозволяє отримувати міцний шар з сорбитной структурою на глибину 30-40 мм від поверхні з подальшим плавним переходом до нормальної твердості незагартованого матеріалу.
Проведені дослідження загартованого, таким чином, шару коліс, виготовлених на Харківському заводі підйомно-транспортного обладнання. Для коліс мостових кранів на заводі використовують штамповані (ковані), литі і суцільнокатані заготовки. В якості матеріалу служать сталі 65Г по ГОСТ 11959-79, сталь 55СЛКТ40 за ГОСТ 977-88 і колісна сталь марки 2 по ГОСТ 10791-2004. Нагрівання коліс під загартування на заводі здійснюється в газовій печі з викатним подом. Піч (проект Укргипротяжмаша) має такі основні характеристики:
– кількість теплових зон – 1;
– корисні розміри (пода) – 3,0 * 1,2 м2 ;
– габаритні розміри – 4,75 * 3,4 * 5,5 м3;
– максимальна робоча температура 1000°С;
– продуктивність – 240 кг/год.
Дослідження загартованого шару здійснювалося за ГОСТ 1763-68 методом виміру твердості. Для цієї мети з кранових коліс, підданих термообробці, вирізалися темплетах. Вирізка здійснювалася вогневим способом. Щоб уникнути впливу нагрівання на результати випробувань з-за можливої зміни структури, розміри темплетов приймали такими, щоб місце заміру твердості відстояла від площини різання на відстані не менше 100 мм. Підстава темплета шліфувалося, щоб забезпечити гарну поверхню базування. Місце вимірів твердості зачищалось з метою видалення окалини. Вимірювання чисел твердості НRСЭ здійснювалося на приладі ТК-2М на різних відстанях (отримуваних пошаровим шліфуванням) від робочої поверхні (доріжки катання) колеса. При цьому кожен раз робилося по 5-9 залікових відбитків і визначалися статистичні характеристики малих вибірок: середнє арифметичне НRСЭ і середня квадратична похибка одиничного спостереження S за формулами;
Середнє арифметичне НRСЭ визначалося після відбракування різко виділяються результатів. Відбраковування здійснювалася за допомогою критерію Романовського-Фішера.
Обчислювали значення довірчих інтервалів при довірчій ймовірності Р=0,95 за формулою
де – квантиль Стьюдента.
В координатах: твердість НRСЭ – відстань від поверхні катання. Результати досліджень представлені в координатах: твердість НRСЭ – відстань від поверхні катання на малюнку. З графіків видно, що характер цих залежностей різний, причому найбільша різниця мають ділянки зі значеннями глибини по осі абсцис від нуля до 1 мм. Дану обставину можна пояснити наступним чином.
В печі, в якій здійснюється нагрів коліс під загартування, робочий об’єм не убезпечений від полум’я газових пальників. При нормальному ході операції нагріву садка коліс в зоні нагріву перебуває протягом 2-2,5 годин. За цей час можливо або науглероживание, або зневуглецювання поверхневого шару коліс. Все буде залежати від того, в якій із зон полум’я (окисної, відновлювальної або нейтральною) виявиться те або інше колесо, або його частина. Можна припустити, що у випадку, коли колесо опинилося у відновній зоні відповідає крива 2, У цьому випадку поверхневий шар навуглецьовується і на поверхні колеса ми маємо більш високе значення твердості HRC_. В окислювальному зоні відбувається процес зневуглецювання поверхневого шару. Твердість на поверхні коліс виявляється нижче, ніж її значення на деякій відстані від поверхні. Це наочно представлено на малюнку кривими 1 і 3.
У технічних вимогах на кранові колеса обумовлено, що градієнт зниження твердості не повинен бути більше 20 одиниць НВ на 10 мм товщини обода. При цьому твердість поверхневого шару обода повинна складати 300…380 НВ. Ця обставина дозволяє зробити висновок, що в середньому зниження твердості повинно знаходитися в межах 2 одиниць на кожен міліметр.
З малюнка видно, що градієнт зміни твердості в даному випадку не задовольняє пропонованим вимогам. Насамперед це стосується початкової ділянки кривої від нуля до 1 мм. Оцінка значень нижньої і верхньої меж довірчого інтервалу підтверджує той факт, що при довірчій ймовірності Р=0,95 при рівні значущості ? =0,5 отримане розподіл значень твердості є цілком закономірним (статистично значущим). При будь-якому іншому можливому поєднанні значень твердості зазначене дана обставина продовжує мати місце, що добре видно з малюнка. Тому воно є істотним і з ним необхідно рахуватися, вносячи корективи в операції технологічного процесу виробництва кранових коліс.
Якість термічної обробки оцінюється, зокрема, ступенем стабільності механічних властивостей. Оцінка нормованого показника механічних властивостей – твердості повинна знаходитися під постійним контролем. Дні таких масивних деталей, якими є кранові колеса, завдання суцільного контролю є непростою. Стаціонарні стандартизовані засоби вимірювання твердості виявляються непридатними для цих цілей. Випускаються вітчизняною промисловістю портативні твердоміри не відповідають в ряді випадків вимог контролю твердості кранових коліс. Наприклад, прилад ТБП-4 дає свідчення в одиницях твердості HSD Шора. Прилад ТШП-4 дає великі похибки, оскільки для кріплення на контрольованому виробі необхідно використання ланцюгового захоплення. Основними недоліками приладу Польді-Гютте також є великі похибки (10-50%) і необхідність виготовлення брусків-еталонів.
На Харківському заводі ПМО для контролю твердості вже тривалий час використовується прилад ТШП-4,який пристосували і встановили в шпинделі вертикальносверлильного верстата. Це дозволило зменшити похибку вимірювання, але ускладнило процес через необхідність установки коліс на столі. Дана обставина накладає певні труднощі на проведення суцільного контролю.
У ХГАДТУ розроблено і успішно використовується зараз на заводі нестандартизованное засіб вимірювання твердості – переносний динамічний твердомір ТДЦ-2И3,який атестований Державною метрологічною службою. Використання цього приладу значною мірою спростило і полегшило виконання операції контролю твердості, що дало можливість здійснити суцільний контроль якості термічної обробки.
На підставі результатів, наведених вище, можна зробити наступні висновки.
Контроль якості термічної обробки повинен проводитися у місці, на якому попередньо вилучений дефектний шар товщиною до 1 мм. В іншому випадку ми отримуємо результати, які не дають об’єктивної інформації про контрольований параметр.
Процес навуглерожування як і зневуглецювання в даному випадку є шкідливим. Така неоднозначність веде до того, що ми отримуємо великий розкид механічних властивостей, а це вкрай небажано. Ця обставина в кінцевому рахунку позначається на експлуатаційних показниках кранових коліс. Очевидний той факт, що більша варіація механічних властивостей б підсумку може стати однією з причин нерівномірного зношування коліс. Нерівномірність зносу посилює природне протікання процесу зношування через виникнення додаткового прослизання, перерозподілу навантаження і т. п.
Виникає питання, яким же чином можна в даному випадку позбутися від шкідливих наслідків при термічній обробці? Вирішення цього питання вбачається в наступному. В нагрівальній печі необхідна постановка екранів, які захистили б нагріваються виробу від безпосереднього контакту з полум’ям пальника. Цей захід гарантувало б значною мірою стабільність одержуваних механічних властивостей. Крім цього, необхідно передбачити спеціальний припуск на термічну обробку. Його величина повинна бути не менше 1 мм. Після термічної обробки цей припуск необхідно видаляти механічною обробкою
Зазначені заходи як єдине ціле можуть послужити додатковим резервом для продовження терміну служби кранових коліс.
2
