Ось из бесшовной трубы для железнодорожного транспортного средства и способ изготовления оси из бесшовной трубы для железнодорожного транспортного средства

Номер патента: 28033

Опубликовано: 25.12.2013

Авторы: ФАРИА АНТУНЕС, Роналдо, ХОСЕ АНТОНИО ФИЛЬЁ

Есть еще 8 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) 21 9/28 (2006.01) 21 8/10 (2006.01) 21 1/02 (2006.01) 21 8/04 (2006.01) 21 11/00 (2006.01) 22 38/04 (2006.01) 60 35/08 (2006.01) 21 5/06 (2006.01) 21 1/06 (2006.01) 21 1/28 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Настоящее изобретение относится к кованой оси из бесшовной трубы, с химическим составом,обеспечивающим высокий предел усталости,повышенные пределы текучести и прочности на разрыв, имеющую уменьшенный вес, для использования в железнодорожных транспортных средствах. Настоящее изобретение также относится к способу производства кованой оси из бесшовной трубы, с высоким пределом усталости и повышенными пределами текучести и прочности на разрыв,имеющей уменьшенный вес и предназначенной для использования в железнодорожных транспортных средствах, которая изготавливается из чугуна в чушках или металлолома посредством литья, нагрева в нагревательной печи, перфорирования заготовок,вытягивания перфорированных заготовок, отделки полых заготовок, ковки и чистовой обработки,включающей создание скошенной кромки для крепления и центрирования на внутреннем крае смотрового отверстия на торце и гладких углублений на входе отверстий с резьбой.(73) ВИ ЭНД ЭМ ДО БРАЗИЛ С/А(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич(54) ОСЬ ИЗ БЕЗШОВНОЙ ТРУБЫ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСИ ИЗ БЕСШОВНОЙ ТРУБЫ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Настоящее изобретение относится к осям для железнодорожных транспортных средств,выкованным из бесшовных труб с целью уменьшения веса, химический состав и способ изготовления которых специально разработаны для обеспечения высокой механической и усталостной прочности. Изобретение также относится к способу изготовления такой трубчатой оси. Описание известного уровня техники В настоящее время количество потребляемого топлива и выброс загрязняющих веществ при железнодорожных перевозках являются серьезными проблемами железнодорожной отрасли,приводящими к росту эксплуатационных затрат и негативному воздействию на окружающую среду. Одним из основных факторов, влияющих на эти параметры, является вес тары железнодорожного транспортного средства. При этом следует отметить,что оси железнодорожных транспортных средств имеют, как правило, большую массу, которая может составлять 10 массы тары. Кроме того, растущее использование железных дорог в качестве транспортной системы приводит к значительному увеличению груза, перевозимого с помощью железнодорожного транспорта, что, в свою очередь, влечет за собой рост нагрузок на железнодорожные оси и выдвигает высокие требования к прочности материалов и качеству конструкции осей, которые обеспечивали бы их надежность и долговечность. Изыскания технологии уменьшения веса по принципу трубчатой оси в железнодорожной отрасли ведут свою историю еще свека, что видно из патента. 44,434, выданного в 1864 г. и озаглавленного Усовершенствование вагонных осей , автором которого является Б. Дж. Ла Мот (В. .). В этом патенте предложена конструкция оси,состоящей из нескольких труб различного диаметра,соединенных друг с другом и подогнанных путем механического сопряжения. Дж. У. Стюарт (,.), автор патента 293,201, выданного в 1884 г. и озаглавленного Вагонная ось ( ),запатентовал изобретение трубчатой оси однородного сечения, у которой шейки для подшипников трения представляли собой массивные втулки, частично введенные с сопряжением в ось до подступичной области. Э. Пекхэм (, Е.), автор патента 352,657, выданного в 1886 г. и озаглавленного Вагонная ось ( ), ссылается на аналогичное предложение, отмечая в качестве усовершенствования применение трубной внутренней арматуры на шейке оси, из которой в дальнейшем можно было сформировать опору подшипника трения, представляющего собой тип подшипников, используемых в то время. Эрнест Крейсиг ( ), автор британского патента 360,521, выданного в 1931 г. и озаглавленного Усовершенствования вполых валах ссылается не конкретно на ось или ее изготовление, а на стержень (или трубу),предварительно подвергнутый растягивающему напряжению и выдержанный внутри полых валов для того, чтобы подвергнуть их напряжению сжатия,пропорционально компенсирующему напряжение растяжения, являющееся следствием изгиба оси при нормальных условиях эксплуатации. Альфред . Элькерс (,Н.), автор патента 1,902,910, выданного в 1933 г. и озаглавленного Антифрикционная конструкция колесной пары и оси () предложил варианты конструкции осей и колесных пар, комбинируя концентрические трубы, сплошные валы и подшипники, причем в одной из комбинаций обеспечивается возможность того, что ось остается неподвижной в то время,когда вращаются только колеса, в отличие от классического варианта, при котором ось и колеса вращаются вместе. Б.Х. Эршел (, В. Н.), автор патента 2,512,186, выданного в 1950 г. и озаглавленного Ось транспортного средства ( ) ссылается на предложение строения труб и указывает другие варианты, например, ось с кольцевой камерой, образованной самой осью и внутренней трубой и заполненной жидкостью, роль которой состоит в теплопередаче от оси в окружающую среду. У. Блэквуд (, .), автор патента 2,747,918, выданного в 1956 г. и озаглавленного Оси железнодорожных транспортных средств) предложил комбинированный вариант традиционная сплошная ось, размещенная внутри трубчатой оси,пространство между которыми заполнено упругим материалом, например, резиной. В этом случае преследовалась цель ослабления толчков и равномерного распределения нагрузки для предотвращения явлений усталости. Дж. Л.С. Адриан (, ), автор швейцарского патента СН 376,955, выданного в 1958 г. и озаглавленного Способ производства осей транспортных средств предложил несколько вариантов трубчатой оси, отметив процесс горячей прокатки концов с помощью трех ступенчатых цилиндров для получения желаемого профиля концов. Что касается материала, используемого для изготовления железнодорожных осей, некоторые производители, как, например, бразильские и североамериканские,стараются соблюдать стандарты технических правил Американской Железнодорожной Ассоциации, химический состав железнодорожных осей должен соответствовать критериям, перечисленным ниже в таблице 1. Таблица 1 Технические правила(Сборник стандартов и нормалей- Колесные пары и оси - Оси,углеродистая сталь, термообработанная - Технические условия М-101 - Редакция 2004 г.) для химического состава железнодорожных осей Условия термообработки осимарка- марка(закаленная и отпущенная) и- марка Н (нормализованная,закаленная и отпущенная) Мин. Макс. Мин. Макс. Единицы 0,45 0,59 вес. проценты 0,60 0,90 0,60 0,90 вес. проценты 0,045 0,45 вес. проценты 0,50 0,50 вес. проценты 0,15 0,15 вес. проценты В последующие годы технология производства железнодорожных осей получила дальнейшее развитие. В настоящее время концепция трубчатой оси используется в скоростных пассажирских вагонах, локомотивах и товарных вагонах. В настоящее время известный уровень техники,относящийся к железнодорожным осям, включает, с одной стороны, применение сплошных осей,изготовленных из металлических сплавов,удовлетворяющих техническим правилам ,причем эти оси производятся из заготовок, которым придают форму балок, механические свойства которых также удовлетворяют техническим правилам . С другой стороны, известный уровень техники,относящийся к железнодорожным осям, включает также применение трубчатых осей. Эти оси изготавливаются из кованых заготовок,перфорированных с помощью механической обработки. Вес такой трубчатой оси примерно на 20 меньше веса сплошной, однако процесс производства связан с образованием значительного количества отходов сырья и высокими эксплуатационными затратами в обмен на незначительное уменьшение веса. Известный уровень техники также включает трубчатые железнодорожные оси, состоящие из бесшовных труб, изготовленных путем ковки. Вес такой оси примерно на 40 меньше веса сплошной. В патенте ЕР 044783 А 1 раскрыт способ изготовления кованой оси для железнодорожного транспорта, которая может быть изготовлена из трубы или из сплошной заготовки. Согласно этому способу, заготовка нагревается, после чего подвергается высадке средней части с одновременным формированием шеек с помощью замкнутых матриц. Однако в этом документе не раскрыта техника термообработки, направленная на улучшение таких показателей, как предел усталости,твердость и прочность трубчатой оси, а также не раскрыт конкретный химический состав такой оси,необходимый для реализации этих показателей. В патенте ЕР 0052308 раскрыта кованая стальная заготовка с высокой концентрацией примесей,которая после горячей ковки подвергается закалке. Эта заготовка содержит от 0,05 до 0,25 весовых процентов углерода и от 1,0 до 2,0 весовых процентов марганца. Этот документ не предусматривает применение этой технологии или такой заготовки к изготовлению трубчатых осей для железнодорожного транспорта, равно как и не определяет и не раскрывает различные этапы обработки,необходимые для производства бесшовной трубы из такой заготовки. Также в этом документе не указываются интервалы значений физических свойств данной заготовки, таких как пределы текучести и прочности на разрыв,относительное удлинение и предел усталости. В патенте 4,895,700 предусмотрена сплошная ось для железнодорожных транспортных средств,материал которой содержит от 0,40 до 0,48 весовых процентов углерода, от 1,35 до 1,61 весовых процентов марганца, от 0,18 до 0,30 весовых процентов кремния, от 0 до 0,23 весовых процентов хрома. Этот состав подобран для того, чтобы изготавливать оси диаметром от 5,33 см до 6,6 см и нести нагрузку примерно от 14,7 до 19,6 т. Следовательно, область применения такой оси и ее сильно уменьшенные размеры отличаются от заявленных в данном изобретении, и кроме того,такая ось не имеет трубчатой геометрии. Сплошные оси часто обладают большей прочностью, чем это необходимо для того, чтобы выдерживать ту нагрузку,которой они подвергаются. Это означает, что вес таких осей может быть большим, чем необходимо, что приводит к дополнительному расходу материала при производстве осей, чего можно было бы избежать. С другой стороны, концепция трубной оси,особенно в случае бесшовных труб, имеющих меньшую толщину, чем оси из перфорированных заготовок, подразумевает, что при одних и тех же условиях нагружения одни части оси данного типа будут испытывать большие напряжения, а другие большие деформации, чем в случае осей прочих типов (сплошные оси или оси из перфорированных заготовок). Задачи изобретения Первая задача заявленного изобретения заключается в реализации трубчатой оси с уменьшенным весом, которая в то же время 3 обладает значениями предела усталости и улучшенными показателями пределов текучести и прочности на разрыв,позволяющими ей выдерживать приложенные к ней большие нагрузки. Другая задача изобретения заключается в реализации трубчатой оси и способа ее изготовления, который позволял бы экономить материал для производства оси, а также обуславливал низкую себестоимость производства. Следующая задача изобретения состоит в реализации способа изготовления трубчатых осей,который характеризуется усовершенствованным контролем качества изготовляемых осей благодаря применению современных компьютерных технологий, производственной методологии и техник контроля. Следующая задача изобретения состоит в реализации способа изготовления трубчатых осей,который дает возможность статистического контроля процесса изготовления и заданными свойствами осей для обеспечения пригодности осей для различных целей и различных приложений. Краткое описание изобретения Поставленные задачи изобретения достигаются за счет кованой оси из бесшовной стальной трубы для железнодорожных транспортных средств,материал которой представляет собой металлический стальной сплав, содержащий от 0,22 до 0,42 весовых процентов углерода и от 1,10 до 1,70 весовых процентов марганца, причем готовая ось обладает такими свойствами минимальный предел текучести, равный 520 МПа, минимальный предел прочности на разрыв, равный 750 МПа и минимальное относительное удлинение, равное 16. Материал сплава может содержать, по крайней мере, один из следующих элементов в такой концентрации до 0,020 весовых процентов серы, до 0,020 весовых процентов фосфора, от 0,10 до 0,45 весовых процентов алюминия, от 0,10 до 0,35 весовых процентов кремния, от 0,10 до 0,30 весовых процентов молибдена, от 0,010 до 0,050 весовых процентов ниобия и от 0,05 до 0,27 весовых процентов ванадия. В качестве альтернативного варианта, материал сплава содержит от 0,22 до 0,32 весовых процентов углерода и от 1,01 до 1,40 весовых процентов марганца, или от 0,32 до 0,42 весовых процентов углерода и от 1,40 до 1,70 весовых процентов марганца. Материал сплава, как вариант, содержит до 0,010 весовых процентов фосфора и до 0,010 весовых процентов серы. При испытаниях образцов осей путем вращения под воздействием изгибающей нагрузки предел усталости должен составлять 120 МПа,предпочтительно 170 МПа. Поставленные задачи изобретения достигаются также за счет способа производства кованой оси из бесшовной трубы для железнодорожных транспортных средств, состоящего из следующих этапов 4- плавка материала металлического сплава,формирование стального сплава отливка расплавленного материала,формирование литых заготовок- нагрев литых заготовок в нагревательной печи для проведения перфорирования- отделка полых заготовок, придание им формы бесшовных труб- ковка бесшовных труб, придание им формы кованых осей из бесшовных труб для железнодорожных транспортных средств. Далее, способ производства может включать этап вторичной очистки (после этапа плавки), на котором производится корректировка химического состава сплава и металлургическая обработка силикокальцием, а также этап вакуумной дегазации(после этапа вторичной очистки). Этап отливки может осуществляться с применением электромагнитного перемешивания. После этапа отливки литая заготовка может быть подвергнута дополнительному нагреванию при температуре от 880 С до 1300 С в течение периода времени от 1 до 48 часов. Способ производства может также включать этап прокатки, реализуемый по завершении этапа дополнительного нагревания. Предпочтительно, чтобы нагревание с целью перфорирования производилось в нагревательной печи при температуре от 1000 С до 1300 С. В качестве альтернативного варианта способ производства может включать этап нагрева полых заготовок при температуре от 820 С до 980 С,предшествующий этапу отделки полых заготовок. После завершения отделки трубные заготовки осей(все еще в виде бесшовных труб) помещаются в холодильник. Перед тем, как перейти к этапу ковки,рекомендуется осуществить нормализацию бесшовных труб при температуре от 880 С до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут, после чего бесшовные трубы подлежат охлаждению на воздухе. В качестве альтернативного варианта перед этапом ковки может проводиться закаливание бесшовных труб, для чего производится быстрое охлаждение трубных заготовок осей в среде,которая может являться либо водой, либо маслом. Затем бесшовные трубы отпускают в нагревательной печи при температуре от 400 С до 700 С с выдержкой в течение не менее 10 минут,после чего трубные заготовки осей подлежат охлаждению на воздухе. В качестве альтернативного варианта перед этапом ковки может осуществляться горячая правка бесшовных труб, после чего они помещаются в холодильник. Способ производства может также включать предшествующие этапу ковки этап проверки труб путем неразрушающего контроля размеров и нарушений сплошности поверхности и(или) этап отделки, состоящий в механической обработке всей внутренней поверхности бесшовной трубы. После выполнения механической обработки можно провести шлифовку или полировку внутренней поверхности бесшовной трубы. Перед этапом ковки рекомендуется осуществить операцию по высадке, во время которой бесшовные трубы нагревают до температуры в интервале от 800 С до 1300 С в той части, где предполагается увеличение толщины, после чего в направлении оси прикладывается продольная сжимающая сила через подвод хотя бы одного высадочного инструмента, в результате чего будет получена высаженная бесшовная труба. Ковка может выполняться горячим способом при температурах от 800 С до 1300 С посредством использования, как минимум, двух радиально вибрирующих матриц переменного хода,вспомогательного высадочного инструмента и манипулятора, осуществляющего поступательное перемещение и вращение бесшовной трубы,оснащенных автоматизированной системой цифрового программного управления, или может быть выполнен холодным и теплым способом в температурном интервале от комнатной температуры до 800 С, или горячим способом при температуре от 800 С до 1300 С с помощью, как минимум, одной матрицы, выполняющей осевое и радиальное сжатие концов трубы, тем самым придавая ей форму кованой оси. В случае горячей ковки способ производства также включает этап охлаждения после ковки, во время которого изделие охлаждается в одной из следующих сред воздух,сжатый воздух, вода и масло. Далее способ производства может включать этап нормализации, по меньшей мере, части оси путем нагрева в печи при температурах от 880 С до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут и последующим охлаждением на воздухе, и (или) этап закаливания, по меньшей мере, части оси,включающий нагрев в печи до температур от 880 С до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут для аустенизации и быстрое охлаждение в воде для закалки, и (или) этап отпуска, по меньшей мере,части оси, включающий нагрев в печи до температур от 440 С до 700 С с выдержкой в течение не менее 10 минут и охлаждением на воздухе. В качестве альтернативного варианта, этап чистовой обработки включает, по меньшей мере,один из следующих этапов дробеструйная обработка внутренней поверхности трубы, правка трубы,внутренняя механическая обработка смотровых отверстий на обоих торцах трубы,механическая обработка скоса кромки внутреннего диаметра смотровых отверстий трубы и механическая обработка, по крайней мере, двух отверстий с резьбой и гладких углублений на каждом торце. После завершения этапа чистовой обработки можно выполнить этап термообработки путем закалки и отпуска, по крайней мере, части кованой оси. Также выполняется завершающий этап контрольного осмотра поверхности трубчатой оси для выявления возможных дефектов. Таким образом, задачи изобретения достигаются также за счет оси, обладающей описанными здесь химическим составом и свойствами и изготовленной в соответствии с описанным здесь способом производства. Краткое описание чертежей Для большей наглядности изложения характеристики и преимущества настоящего изобретения представлены и описаны чертежи,иллюстрирующие некоторые предпочтительные варианты воплощения изобретения. На Фиг.1 показан вид спереди предпочтительного варианта воплощения трубчатой железнодорожной оси в соответствии с настоящим изобретением. На Фиг.2 показан фронтальный разрез предпочтительного варианта воплощения трубчатой железнодорожной оси в соответствии с настоящим изобретением. На Фиг.3 показан фронтальный разрез детали конца трубчатой железнодорожной оси в соответствии с настоящим изобретением. На Фиг.4 показан вид слева трубчатой железнодорожной оси. На Фиг.5 показан фронтальный разрез бесшовной трубы и высадочного инструмента,двигающегося вдоль оси трубы. На Фиг.6 показан фронтальный разрез бесшовной трубы после операции по высадке, в результате которой толщина конца трубы была увеличена. На Фиг.7 показан фронтальный разрез бесшовной трубы после операции по высадке,испытывающей поступательное перемещение и вращение, с двумя открытыми радиально вибрирующими матрицами с переменным ходом и вспомогательным высадочным инструментом. На Фиг.8 показан фронтальный разрез бесшовной трубы после операции по высадке с матрицей, осуществляющей осевое и радиальное сжатие трубы, приводящее к уменьшению ее диаметра. На Фиг.9 показан фронтальный разрез бесшовной трубы после операции ковки на одном конце, выполненной либо с помощью вибрирующей открытой матрицы, либо с помощью полуоткрытой матрицы осевого и радиального сжатия. На Фиг.10 показан фронтальный разрез бесшовной трубы после операций ковки на двух концах,выполненной либо с помощью вибрирующей открытой матрицы, либо с помощью полуоткрытой матрицы осевого и радиального сжатия. На Фиг.11 показана блок-схема способа производства трубчатой железнодорожной оси в соответствии с настоящим изобретением, причем предпочтительное воплощение выделено серым цветом. Подробное описание изобретения Фиг.1 и 2 иллюстрируют предпочтительное воплощение кованой оси из бесшовной трубы для железнодорожных транспортных средств в соответствии с настоящим изобретением, а блок 5 схема на Фиг.11 иллюстрирует предпочтительный способ производства такой оси. Основными частями трубчатой оси являются шейка или опора подшипника 1, предподступичная часть 2,подступичная часть 3 и средняя часть 4. На Фиг.2 показано, что толщина стенок соответствующих частей может варьироваться. На Фиг.3 отдельно показан конец трубчатой железнодорожной оси в соответствии с настоящим изобретением. Предпочтительно, чтобы ось имела три отверстия с резьбой 5 и углубление 6 на каждом торце для фиксации крышек подшипников и скос 7 для фиксации между коническими наконечниками с углом 3. Внутреннюю поверхность 9 торца можно использовать для присоединения ультразвуковых контрольных зондов для осмотра шейки 1,предподступичной части 2 и, в некоторых случаях,части подступичной части 3. Внутреннюю поверхность 10 можно использовать для присоединения ультразвуковых контрольных зондов для осмотра подступичной части 3 и средней части 4. На Фиг.4, представляющем собой вид слева трубчатой железнодорожной оси, показаны три отверстия с резьбой 5, углубление 6 и скос 7 для фиксации между коническими наконечниками. Оси, выкованные из бесшовных труб в соответствии с настоящим изобретением, имеют форму, изображенную на чертежах, с переменной толщиной, т.е. распределение материала по длине оси является неоднородным, чтобы тем самым обеспечить большую конструктивную и усталостную прочность только в той точке, где ось испытывает наибольшую нагрузку. Такая форма уже известна из предшествующего уровня техники. Однако кованая ось из бесшовной трубы в соответствии с настоящим изобретением превосходит по эксплуатационным качествам оси аналогичной формы,известные из предшествующего уровня техники, в силу того, что она состоит из материала,обладающего превосходными механическими характеристиками,которые еще более усилены благодаря способу изготовления осей в соответствии с настоящим изобретением. Химический состав кованой оси из бесшовной трубы в соответствии с настоящим изобретением, а также способ ее производства позволяют адекватным образом задать свойства материала для того, чтобы компенсировать изменения нагрузок, которым подвергается ось. К химическим,механическим и металлургическим свойствам, принимаемым во внимание в рамках данной разработки, относятся химический состав, механическая прочность(пределы текучести, прочности на разрыв и усталости, относительное удлинение, твердость) и микроструктура (фазы и компоненты, размер зерен). Эти свойства большей частью связаны между собой и зависят от конкретных условий способа производства горячекатаных бесшовных труб,горячей ковки и термообработки. На основании вышеизложенного был разработан состав стального сплава для производства осей из бесшовных труб, содержащий от 0,22 до 0,42 весовых процентов углерода и от 1,10 до 1,70 весовых процентов марганца, при этом материал сплава имеет минимальный предел текучести,равный 520 МПа, минимальный предел прочности на разрыв, равный 750 МПа, и минимальное относительное удлинение, равное 16. Сплав может также содержать в незначительном количестве молибден, алюминий, ниобий, ванадий и другие металлы. Например, сплав может содержать от 0,10 до 0,45 весовых процентов алюминия, и(или) от 0,10 до 0,30 весовых процентов молибдена,и (или) от 0,010 до 0,050 весовых процентов ниобия,и (или) от 0,05 до 0,27 весовых процентов ванадия. В одном из вариантов воплощения настоящего изобретения металлический сплав содержит до 0,020 весовых процентов серы, и (или) до 0,020 весовых процентов фосфора,или,что предпочтительно, до 0,010 весовых процентов серы,и (или) до 0,010 весовых процентов фосфора. Согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения, материал сплава, из которого изготовлена трубчатая ось, содержит от 0,22 до 0,32 весовых процентов углерода и от 1,10 до 1,40 весовых процентов марганца, и, кроме того,может также содержать до 0,020 весовых процентов фосфора, и (или) до 0,020 весовых процентов серы,и (или) от 0,10 до 0,35 весовых процентов кремния,и (или) от 0,10 до 0,30 весовых процентов молибдена, и (или) от 0,10 до 0,45 весовых процентов алюминия, и (или) от 0,010 до 0,050 весовых процентов ниобия, и (или) от 0,05 до 0,27 весовых процентов ванадия. Согласно еще одному варианту воплощения настоящего изобретения, материал сплава, из которого изготовлена трубчатая ось, содержит от 0,32 до 0,42 весовых процентов углерода и от 1,40 до 1,70 весовых процентов марганца, и, кроме того,может также содержать до 0,020 весовых процентов фосфора, и (или) до 0,020 весовых процентов серы,и (или) от 0,10 до 0,35 весовых процентов кремния,и (или) от 0,10 до 0,30 весовых процентов молибдена, и (или) от 0,10 до 0,45 весовых процентов алюминия, и (или) от 0,010 до 0,050 весовых процентов ниобия, и (или) от 0,05 до 0,27 весовых процентов ванадия. Предпочтительным сырьем для производства стального сплава является чугун в чушках,металлолом или смесь чугуна в чушках и металлолома в любой пропорции. Ниже в таблице 2 приведено допустимое содержание химических элементов в составе изделия в соответствии с одним из вариантов воплощения изобретения. Таблица 2 Допустимые значения химического состава (в весовых процентах) в соответствии с одним из вариантов воплощения изобретения Вес.Мин. Макс. При разработке данного химического состава процентное содержание каждого химического элемента тщательно уточнялось в соответствии с критериями, приведенными ниже. Добавление марганца,являющегося замещающим элементом в твердом растворе,обеспечивает повышение прочности. Содержание межузельных элементов, таких как углерод и азот, следует уменьшать с целью увеличения содержания в твердом растворе марганца,что способствует повышению механической прочности. В этом смысле такие элементы, как алюминий, основной функцией которого является раскисление, но который также способствует повышению прочности, ниобий и молибден, способствуют удалению межузельных элементов из решетки, сводя к минимуму образование карбидов марганца. Однако содержание углерода не должно быть слишком малым, чтобы обеспечить прочность, необходимую для его применения вместе с другими элементами, и чтобы не ухудшить прокаливаемость,поскольку присутствие марганца также понижает температуру формирования мартенсита, что с другой стороны частично компенсируется наличием алюминия. Такие элементы, как сера и фосфор, должны присутствовать в как можно меньшей концентрации, поскольку их содержание связано с микровключениями и микроликвацией - факторами, Материал(дважды нормализованная и отпущенная)- марка(закаленная и отпущенная)- марка Н (нормализованная,закаленная и отпущенная) Результаты для одного варианта воплощения изобретения снижающими предел усталости материала. Другие элементы, такие как кремний и некоторые из упоминавшихся выше (С, , ), способствуют повышению механической прочности через различные упрочняющие механизмы, такие как образование твердого раствора, выделение карбидов и уменьшение зерен. Ниже в таблице 3 приведены для сравнения специальные технические условия на механические свойства и размер зерен в соответствии со стандартами(Сборник стандартов и нормалей- Колесные пары и оси - Оси, углеродистая сталь,термообработанная Специальные технические условия М-101 - Редакция 2004 г.) для железнодорожных осей и их соответствующей термообработки,а также результаты для механических свойств и размеров зерен в одном из вариантов воплощения настоящего изобретения. Таблица 3 - Специальные технические условия на механические свойства и размер зерен в соответствии со стандартами(Сборник стандартов и нормалей- Колесные пары и оси- Оси, углеродистая сталь, термообработанная Специальные технические условия М-101 Редакция 2004 г.) для железнодорожных осей и их соответствующей термообработки,а также результаты для механических свойств и размеров зерен в одном из вариантов воплощения настоящего изобретения. Таблица 3 Предел прочности на разрыв (МПа) 610 Размер зерен согласно стандарту 112 5 Для определения предела усталости материала используются лабораторные испытания в условиях изгиба при вращении при комнатной температуре, в которых большое количество образцов испытываются на разрушение. Целью испытаний является построение усталостной кривой материала напряжениех время жизни ( - количество циклов до разрушения). Испытания состоят во вращении образцов, подвергающихся изгибающей нагрузке. Это приводит к переменному напряжению при изгибе, подобному тому, которое испытывают оси в реальных условиях. Если изгибающая нагрузка постоянна, отношение минимального напряжения к максимальномувсегда равно минус 1. Предполагается, что на кривой напряжение- время жизни (-) материала имеется некоторое минимальное напряжение, такое, что при меньших напряжениях образец не разрушается при увеличении числа циклов. Это напряжение определяется как предел усталости материала. При 7 испытаниях в условиях изгиба при вращении образцов осей, изготовленных согласно одному из вариантов воплощения изобретения, было получено значение предела усталости 120 МПа. Для другого варианта воплощения изобретения было получено значение предела усталости 170 МПа. Ввиду того, что каждый из химических элементов, входящих в состав стального сплава,влияет на различные физические свойства материала сплава, можно варьировать химический состав материала как функцию желаемых характеристик трубчатой оси, в зависимости от конкретных условий ее будущего использования. Поскольку ряд этапов способа производства по данному изобретению имеют числовое и электронное управление с помощью компьютера,можно сконфигурировать способ производства так,чтобы получать оси с заданным химическим составом. С помощью блок-схемы, представленной на Фиг.11, ниже будут описаны основные этапы предпочтительного воплощения способа производства оси и его вариантов, которые представляют собой цели настоящего изобретения,вместе с самой осью, изготовленной таким способом. Сначала сырье для металлического сплава плавится, образуя расплавленный материал для стального сплава. Плавка сплава, используемого в этом изделии, может быть произведена с помощью кислородного конвертера, или дуговой электропечи,с использованием в качестве сырья чугун в чушках,металлолом или смесь чугуна в чушках и металлолома в любой пропорции. Конвертер должен быть оснащен оборудованием для продувки газами,что позволяет применять аргон и (или) азот во время технологического процесса. Предпочтительно,чтобы на этом этапе технологический процесс полностью управлялся компьютером посредством статических и динамических моделей собственной разработки. В эту систему входит автоматическое измерение температуры во время продувки и расчет легирующих добавок. Эта процедура позволяет добиться требуемого низкого содержания фосфора и серы в изделии. Затем можно провести вторичную очистку стали,включая корректировку химического состава сплава и металлургическую обработку силикокальцием. Вторичную очистку предпочтительно осуществлять в печи-ковше. Предпочтительно, чтобы введение легирующих добавок, обработка силикокальцием,барботирование аргоном и сбор образцов были проведены на этом оборудовании полностью автоматизированным способом. Таким образом,обеспечивается получение стали, состав которой максимально близок к заданному, чтобы тем самым удовлетворить требования к качеству изделия. В результате барботирования инертным газом и применения синтетического шлака можно достичь низкого уровня содержания серы. Вторичная очистка, произведенная в печи-ковше, также улучшает микроскопическую чистоту, т.е. позволяет уменьшить количество и размер включений, а также 8 приводит к лучшему распределению элементов сплава и лучшему регулированию температуры жидкой стали. После вторичной очистки в печи-ковше материал подвергается вакуумной дегазации с целью уменьшения содержания газов, таких как кислород,азот и водород. На этом оборудовании можно обеспечить давление 0,2 кПа (2 мбар), кроме того,продувка аргоном возможна даже в условиях глубокого вакуума. Тем самым можно легко достичь низкого уровня содержания водорода и кислорода. Далее способ производства включает этап отливки расплавленного материала с получением литых заготовок. Отливка может быть непрерывной или обычной. При непрерывной отливке сталь поступает в установку непрерывной разливки, где желательнее всего обеспечить ее электромагнитное перемешивание. В предпочтительном воплощении изобретения эта установка оборудуется индукторами для электромагнитного перемешивания, что обеспечивает более высокое качество материала литых заготовок по таким характеристикам, как сегрегация элементов и центральная пористость, тем самым позволяя повысить усталостную прочность материала. Если отливка проводится обычным способом,может понадобиться преобразовать слитки в болванки круглого сечения, прежде чем переходить к следующему этапу - перфорированию заготовок. Предпочтительно, чтобы заготовки, отлитые в форме болванок, полученные в результате непрерывной или обычной отливки, подверглись этапу дополнительного нагрева при температуре от 880 С до 1300 С в течение периода времени от 1 часа до 48 часов. Перед поступлением в агрегат для перфорирования болванки, полученные в результате непрерывной или обычной отливки, нарезаются на заготовки заданной длины. После дополнительного нагрева болванки или заготовки, не имеющие круглого сечения, могут пройти этап прокатки для формирования заготовок круглого сечения. Перед осуществлением этапа перфорирования заготовок литые и, как вариант, прокатанные заготовки подлежат этапу нагрева для перфорирования, для чего предпочтительно нагреть заготовки до температуры от 1000 С до 1300 С в соответствующей нагревательной печи. После этого может быть проведено перфорирование горячих заготовок с использованием прошивного стана с наклонными валками, с помощью перфорационного пресса или с применением технологического процесса или оборудования, включающих перфорационный пресс и прошивной стан. После этапа перфорирования производится вытягивание перфорированных заготовок, которое может быть выполнено на пильгер-стане, или на стане для прокатки на оправке, или на прокатном стане типа МРМ, или на прокатном стане типа ,или на трехвалковом раскатном стане системы Ассела, или с помощью пресса для выдавливания. Как вариант, вытягивание перфорированной заготовки и преобразование ее в полый блюм можно осуществить с помощью пресса для ковки или любого другого подходящего оборудования,имеющегося на рынке. После выполнения вытягивания, в зависимости от конструкции производственного оборудования,может потребоваться проведение этапа нагрева полых заготовок при температуре от 820 С до 980 С перед этапом отделки полых заготовок для придания им формы бесшовных труб. Этап отделки полых заготовок может быть осуществлен на оборудовании типа чистового стана,например, с помощью горячего калибровочного стана, горячего редукционного валика типа редукционного стана, или редукционно-растяжного стана, или отделочного валика типа обкатного стана. Последний применяется в случае, если для вытягивания перфорированных заготовок используется стан для прокатки на оправке. После этапов вытягивания и горячей прокатки бесшовные трубы подлежат промежуточному охлаждению,предпочтительно при комнатной температуре. В предпочтительном воплощении настоящего изобретения заготовки прокатываются путем автоматической прокатки (стан для прокатки на оправке), для труб с наружным диаметром 168,3 и 365,1 мм (6 и 14 дюймов). В предпочтительном воплощении настоящего изобретения при автоматической раскатке заготовка нагревается в печи с шагающим балочным подом при температуре от 1100 до 1300 С или от 1000 до 1200 С. Затем заготовка проходит этап горячей прокатки, во время которого ее перфорируют на прокатном стане с наклонными валками. После перфорирования заготовка приобретает вид полого блюма, который проходит этап вытягивания путем горячей прокатки, предпочтительно с помощью стана для прокатки на оправке. При этом толщина стенки приобретает значение близкое к заданной величине для конечного продукта, благодаря регулированию отверстий цилиндра, направляющих отверстий и положения оправки. После этого полученная полая заготовка еще раз проходит горячую прокатку, предпочтительно с помощью чистового стана (обкатной стан), на котором производится внутреннее и наружное сглаживание бесшовной трубы с увеличением наружного диаметра. Затем полая заготовка подвергается промежуточному охлаждению, нагреванию и завершающей прокатке на чистовом стане. На завершающей стадии изготовления бесшовных труб их помещают в холодильник, после чего, в зависимости от состояния сырья, требуемого для ковки, они могут проходить различную обработку прокатку, нормализацию или закалку и отпуск, или комбинацию этих методов. Когда бесшовные трубы проходят прокатку для последующей ковки, предпочтительно провести их горячую правку на ротационной правильной машине с тремя парами валков и затем поместить в холодильник. Последующая ковка может выполняться холодным, теплым или горячим способом. Бесшовные трубы, проходящие нормализацию,остаются в холодильнике до завершения их трансформации,после чего нагреваются,предпочтительно в печи с шагающим балочным подом до температур от 880 до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут. Затем трубные заготовки осей охлаждаются на воздухе. Бесшовные трубы, проходящие закаливание,нагреваются до температуры от 880 до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут. Затем трубные заготовки осей подвергаются охлаждению водой или маслом. Предварительно катаные бесшовные трубы или нормализованные или закаленные трубы, которые проходят закаливание,подлежат быстрому охлаждению, предпочтительно водой или маслом. Бесшовные трубы,проходящие отпуск,нагреваются до в нагревательной печи, где они выдерживаются при температурах от 400 до 700 С с выдержкой в течение не менее 10 минут, после чего охлаждаются на воздухе. После термообработки и перед ковкой, трубы подвергаются горячей правке, например, в ротационной правильной машине. После охлаждения и правки полые заготовки или бесшовные трубы подвергаются неразрушающему контролю размеров и нарушений сплошности поверхности. Для каждого образца проводятся измерения толщины стенки, внешнего диаметра и длины, с регистрацией результатов измерений. Выполняется анализ внутренних и наружных,продольных, поперечных и, по возможности, косых нарушений сплошности поверхности. Образцы, для которых были выявлены отклонения от норм допусков,автоматически маркируются для отделения сегментов с признаками отклонения. Неразрушающие контрольные испытания могут быть осуществлены с помощью ультразвуковой дефектоскопии с постоянным или переменным углом ультразвукового луча, с помощью метода вихревых токов или с помощью магнитопорошковой дефектоскопии. На последующем этапе визуального и размерного контроля образцы, у которых были выявлены нарушения сплошности поверхности или отклонения от предельных допусков, маркируются для отделения сегментов с соответствующими отклонениями. Затем образцы распиливают на доли и удаляют сегменты, ранее маркированные для отделения. Следящая система производит контроль и регистрацию различных рабочих параметров,необходимых для обеспечения качества продукта в течение всего технологического процесса, начиная от нагрева заготовки и заканчивая ее разрезанием на доли. В зависимости от технических условий на ось,соответствующих заданным условиям применения,с целью устранения возможных геометрических несовершенств, возникших в процессе производства бесшовной трубы, и уменьшения ее внутренней 9 шероховатости,может также возникнуть необходимость выполнения отделки полых заготовок до перехода к реализации этапа ковки. Предпочтительно, чтобы эта отделка включала механическую обработку части или всей внутренней поверхности трубы, и (или) шлифовку внутренней поверхности трубы, и (или) полировку внутренней поверхности трубы с помощью соответствующего оборудования, прежде чем ее концы будут сужены при ковке. Эти этапы отделки могут быть выполнены по отдельности или в любой комбинации,или все они могут быть последовательно выполнены с одной и той же трубой. Далее бесшовные трубы или полые заготовки,полученные горячей прокаткой, прошедшие или не прошедшие термообработку и внутреннюю отделку,подлежат ковке. В предпочтительном воплощении настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 7,этап ковки осуществляется горячим способом при температурах от 800 С до 1300 С с помощью двух или более радиально вибрирующих открытых матриц 14 с переменным ходом, вспомогательного осевого высадочного инструмента 15 и манипулятора (не показан), осуществляющего поступательное перемещение и вращение бесшовной трубы, оснащенных автоматизированной системой цифрового программного управления. Таким способом получают черновую кованую трубу 17, как показано на Фиг. 10, с двумя коваными концами, или, как показано на Фиг. 9, с одним кованым концом. В качестве альтернативного варианта, как показано на Фиг. 8, ковка выполняется с помощью одной или более матриц 18, выполняющих осевое и радиальное сжатие, по крайней мере, одного из концов трубы, уменьшая его диаметр и тем самым трансформируя ее в черновую кованую ось, как видно из Фиг. 9 и 10. Во время реализации этого этапа предпочтительно, чтобы ось была подвешена с помощью крепления, например, зажимных клещей. Такое крепление не оказывает влияния на форму трубчатой оси и служит только для ее фиксации в то время, пока матрицы сжимают ее концы для придания трубчатой оси желаемой формы. Ковка может производиться холодным, теплым или горячим способом, в зависимости от того, какой способ будет признан целесообразным. Холодная или теплая ковка осуществляется при температурах от комнатной температуры до 800 С, горячая ковка при температурах от 800 С до 1300 С. Процесс ковки может быть реализован и с помощью оборудования любого другого типа, без применения вышеописанных средств, однако чистота поверхности и допуски по размерам могут оказаться недостаточными для данного изделия. В случаях, когда производится горячая ковка,предпочтительно выполнять нагрев конца трубы или полой заготовки, предназначенный для ковки, с помощью индукционной электропечи, но можно использовать и пламенную печь. Когда достигнута нужная температура, полая заготовка крепится к манипулятору,который осуществляет ее 10 поступательное перемещение и вращение, в то время как открытые ковочные матрицы 14,называемые также молотами,производят высокочастотные радиальные вибрации с переменным ходом, как изображено на Фиг. 7. Комбинация таких движений позволяет сформировать конец полой заготовки в соответствии с заданными формой и размерами, как показано на Фиг. 9. Процесс повторяется для противоположного конца каждой полой заготовки, и таким образом формируется черновая трубчатая ось из бесшовной трубы, как показано на Фиг. 10. В зависимости от технических условий на на ось,соответствующих заданным условиям применения,может возникнуть необходимость произвести локальное увеличение толщины, помимо того,которое получается в результате выполнения вышеописанных работ по ковке. В этом случае перед осуществлением ковки выполняется операция по высадке, состоящая в локализованном нагреве бесшовной трубы 11 до температуры от 800 С до 1300 С с помощью индукционной печи в той ее части, где предполагается увеличение толщины, с последующим приложением продольной сжимающей силы через подвод высадочного инструмента 12 к бесшовной трубе 11, как изображено на Фиг. 5. В результате выполнения этой операции получают высаженную трубу 13, как показано на Фиг.6. Если ковка трубчатой оси производится горячим способом, после ковки оси должны пройти этап охлаждения, для чего можно использовать воздух,сжатый воздух, воду или масло. Технологический процесс обработки осевых балок может быть различным, в зависимости от того, какие свойства требуют улучшения, например,ось может быть кованой или термообработанной для корректировки микроструктуры или механических свойств в соответствии с нормативами. Термообработка может быть общей,т.е. применяться ко всей оси, или частичной,локализованной только в отдельном месте,например, на кованых концах. В последнем случае средняя часть оси сохраняет механические свойства и микроструктуру полой заготовки. Оси, которые будут модифицированы после ковки, направляются на механическую обработку. Оси,которые проходят термообработку,направляются в соответствующие печи обработка локализованных областей производится в индукционных печах или печах, специально сконструированных для таких целей, а обработка всего образца выполняется в индукционных печах,камерных печах или печах непрерывного типа. В обоих случаях (частичная или полная обработка) операции по обработке одинаковы. При проведении нормализующей термообработки всей оси или ее части производится повторная аустенизация всей трубчатой оси или только ее части при температуре от 880 С до 950 С. Время пребывания в печи зависит от толщины стенки и определяется из условия, что температура по всему поперечному сечению должна превысить температуру аустенизации. Предпочтительно, чтобы время выдержки в указанном температурном интервале составило, как минимум, 10 минут. Охлаждение производится на воздухе непосредственно вне зоны нагрева. Отпуск всей трубчатой оси или только ее части проводится при температуре от 440 С до 770 С. Время пребывания в печи зависит от толщины стенки и определяется из условия, что температура отпуска должна быть достигнута по всему сечению. Предпочтительно, чтобы время выдержки в указанном температурном интервале составило, как минимум, 10 минут. Охлаждение производится на воздухе непосредственно вне зоны нагрева. Оси, подлежащие нормализации и отпуску в локализованной области или по всей длине,подвергаются обеим вышеописанным процедурам, в указанной последовательности, в то время как оси,подлежащие либо нормализации, либо отпуску,проходят обработку только одного типа. Оси, подлежащие после ковки закалке либо по всей их длине, либо в некоторой их части, сперва проходят аустенизирующую термообработку при температуре от 880 С до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут. После повторной аустенизации область оси,подлежащая термообработке (полной или частичной), очищается от окалины и закаляется водой или маслом(охлаждающей жидкостью). После закалки трубчатая ось может также быть отпущена в соответствии с требуемым уровнем прочности, согласно вышеописанной процедуре отпуска с выдержкой в течение не менее 10 минут. Отпуск может также выполняться после нормализации. В альтернативных вариантах воплощения изобретения трубчатая ось с целью улучшения ее свойств может быть подвергнута процедурам нормализации, закалки и отпуска в любой комбинации. Микроструктура сплава с разработанным химическим составом и для типичных значений скорости охлаждения, за исключением закалки,преимущественно представлена бейнитом, с добавлением феррита, перлита и, возможно, малой доли мартенсита. Для закаленного и отпущенного материала предполагаемая микроструктура преимущественно представлена отпущенным мартенситом и может содержать в незначительном количестве бейнит,феррита и перлит, в зависимости от толщины стенки. После термообработки оси должны подвергаться чистовой обработке. В зависимости от технических условий на ось,соответствующих заданным условиям применения или, как вариант, в зависимости от различных видов внутренней механической обработки,произведенных перед этапом ковки, можно после ковки выполнить дробеструйную обработку внутренних поверхностей 9 и 10 оси, как показано на Фиг. 3. Помимо удаления оксидного слоя,образованного при возможной термообработке, дробеструйная обработка приводит к образованию тонкого поверхностного упрочняющего слоя(наклеп) с остаточными напряжениями сжатия. Этот слой подавляет зарождение и распространение поверхностных дефектов, таких как трещины, тем самым способствуя повышению усталостной прочности оси. В качестве этапов чистовой обработки можно также произвести правку трубчатой оси,внутреннюю механическую обработку смотровых отверстий на торцах трубчатой оси, механическую обработку скоса 7 кромки внутреннего диаметра смотровых отверстий трубы и механическую обработку, по крайней мере, двух отверстий с резьбой 6 с гладкими углублениями на каждом торце. В соответствии с настоящим изобретением,можно выполнить все эти этапы чистовой обработки или последовательную комбинацию любых этих этапов, в зависимости от желательных формы оси и характеристик внутренней ее поверхности. Правка производится на ручном или автоматическом оборудовании и нацелена на предотвращение появления проблем нехватки материала при механической обработке,несовпадения центрирования между внутренним и внешним диаметром и обусловленной этим последующей разбалансировкой. При механической обработке со всей внутренней поверхности снимается материал для получения размеров изделия, указанных в проекте. При механической обработке внутренней поверхности кованых концов удаляется материал в соответствии с размерами, указанными в проекте. Эта часть может закрываться крышкой, а также позволяет присоединять ультразвуковые излучатели для осмотра шейки оси 1 под опорой подшипника и переходной области к предподступичной части 2 на Фиг.1. Осмотр внутренней части обеспечивает прямое падение на поверхность (без отражений) и короткий путь ультразвуковых лучей, главным образом в области шейки оси, которая часто подвержена повреждениям в связи с установленным на ней подшипником. Это облегчает выявление нарушений сплошности на начальной стадии, что было бы невозможно при осуществлении контроля другим методами. Дополнительно может выполняться осмотр внутренней поверхности других частей оси, а именно предступичной части и средней части, путем снятия крышки и введения зонда с уменьшенной головкой и соответствующей контактной среды(вода, гель, лазерный луч и т.д.). Обычно для фиксации болтов крышек подшипника требуется наличие трех отверстий с резьбой 5, расположенных на равных расстояниях по окружности на каждом торце, причем положения и диаметр этих отверстий стандартизированы. Чтобы обеспечить возможность фиксации и центрирования оси между бабками токарного станка, на краю внутреннего диаметра торца предусмотрен скос, полный угол которого 10 равен углу крепления токарного станка. Однако,необходимо, чтобы диаметр противоположного 11 наконечника соответствовал внутреннему диаметру торца трубчатой оси, так как этот диаметр больше,чем стандартный диаметр эквивалентной сплошной оси, установленный стандартом Американской Железнодорожной Ассоциации . Поскольку в некоторых случаях внутренний диаметр отверстия на торце оси недостаточен для того, чтобы избежать перекрытия скоса 7 с отверстиями с резьбой 5, в начале каждого отверстия с резьбой 5 предусмотрено гладкое углубление 6. Этим обеспечивается применение существующих стандартных крышек и взаимозаменяемость таких осей. Заданное состояние поверхности на некоторых поверхностях достигается в необработанном или механически обработанном состоянии, однако некоторые части требуют шлифовки, например,плавные переходы (галтели) между шейкой оси и предподступичной частью, что необходимо для снижения концентрации напряжений, уменьшения размеров и частоты появления нарушений сплошности и повышения усталостной прочности. Эти и другие части оси могут быть обработаны с помощью техник, приводящих к остаточным напряжениям сжатия, таких как накатка роликами или дробноструйная нагартовка, так как такие напряжения способствуют повышению усталостной прочности. После выполнения этапов чистовой обработки способ производства в соответствии с данным изобретением может дополнительно включать, при необходимости,этап термообработки,осуществляемый перед конечным осмотром изделия. Предпочтительно, чтобы термообработка включала закалку и отпуск, по меньшей мере, части трубчатой оси, а именно, могла производиться,например, только с механически обработанными концами оси или со всей осью. Шейка оси и (или) подступичная часть могут быть подвергнуты локальной закалке путем нагрева в индукционной печи и быстрого охлаждения посредством орошения водой. Такая технология(которая уже используется при обработке шеек автомобильных осей) позволяет значительно повысить твердость и прочность поверхностной области, благодаря изменению микроструктуры стали, которая большей частью переходит в мартенситное состояние. Эти свойства повышают прочность по таким параметрам, как усталость и фреттинг-коррозия, которые присущи этим частям и являются распространенными причинами разрушения железнодорожных осей. После закалки соответствующая часть оси должна быть отпущена. Конечная проверка заключается в проведении неразрушающих контрольных испытаний, которые могут быть осуществлены с помощью ультразвуковой дефектоскопии с постоянным или переменным углом ультразвукового луча, или с помощью метода вихревых токов, или с помощью магнитопорошковой дефектоскопии. Способ производства,описанный здесь,позволяет свести к минимуму отходы сырья, тем самым снижая себестоимость производства 12 трубчатых осей в соответствии с настоящим изобретением. Способ производства в соответствии с настоящим изобретением позволяет изготавливать железнодорожные оси, масса которых примерно на 40 меньше, чем у сплошных осей. В то же время, в силу преимуществ, которые дает конкретный состав металлического сплава,используемого для производства такой оси, и которые подкрепляются особенностями способа производства этих осей,настоящее изобретение позволяет изготавливать трубчатую ось с повышенной прочностью и пределом усталости, обладающую уменьшенным весом и тем самым позволяющую оптимизировать эффективность использования энергии. Применение оборудования для контроля качества осей и выявления поверхностных неоднородностей открывает возможности намного более точного управления качеством производимых изделий, позволяя значительно уменьшить предел погрешности и долю бракованных труб, а также исправлять и исключать определенные дефекты,образующиеся в некоторых осях, в процессе их производства. Этому эффекту также способствует статистическая автоматическая система цифрового программного управления некоторыми этапами производства, которая также вносит вклад в повышение точности способа производства, снижая количество дефектов в трубах и изменчивость механических и микроструктурных характеристик изделия. Ввиду того, что способ производства в соответствии с настоящим изобретением включает различные альтернативные варианты отдельных этапов, например, этапы, предшествующие ковке,или этапы чистовой обработки оси, существует возможность изготавливать с применением способа производства в соответствии с настоящим изобретением оси, обладающие различными физическими свойствами,которые могут оптимально соответствовать различным условиям эксплуатации при осуществлении железнодорожных перевозок. Сочетая преимущества, обеспечиваемые материалом, используемым для изготовления трубчатых осей, и преимущества, обеспечиваемые способом производства, настоящее изобретение позволяет достичь всех поставленных целей путем производства дешевых осей, которые, однако,обладают улучшенными показателями по прочности и пределу усталости и характеризуются низким уровнем отходов материала в процессе их изготовления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Трубчатая ось, выкованная из бесшовной трубы для железнодорожных транспортных средств,отличающаяся тем, что она состоит из материала металлического стального сплава, содержащего от 0,32 до 0,42 весовых процентов углерода и от 1,10 до 1,70 весовых процентов марганца, при этом готовая ось обладает следующими свойствами минимальный предел текучести, равный 520 МПа, 28033 минимальный предел прочности на разрыв, равный 750 МПа, и минимальное относительное удлинение,равное 16. 2. Ось по п.1, отличающаяся тем, что материал металлического сплава содержит, по меньшей мере,один из следующих элементов до 0,020 весовых процентов серы, до 0,020 весовых процентов фосфора, от 0,10 до 0,45 весовых процентов алюминия, от 0,10 до 0,35 весовых процентов кремния, от 0,10 до 0,30 весовых процентов молибдена, от 0,010 до 0,050 весовых процентов ниобия и от 0,05 до 0,27 весовых процентов ванадия. 3. Ось по п.1 или п.2, отличающаяся тем, что материал металлического сплава содержит от 1,10 до 1,40 весовых процентов марганца. 4. Ось по п.1 или п.2, отличающаяся тем, что материал металлического сплава содержит от 1,40 до 1,70 весовых процентов марганца. 5. Ось по любому из п.1-4, отличающаяся тем,что материал металлического сплава содержит до 0,010 весовых процентов фосфора. 6. Ось по любому из п.1-5, отличающаяся тем,что материал металлического сплава содержит до 0,010 весовых процентов серы. 7. Ось по любому из п.1-6, отличающаяся тем,что обладает минимальным пределом усталости,равным 120 МПа. 8. Ось по любому из п.1-6, отличающаяся тем,что обладает минимальным пределом усталости,равным 170 МПа. 9. Способ изготовления кованой трубчатой оси из бесшовной трубы для железнодорожных транспортных средств, отличающийся тем, что он включает следующие этапы- плавку материала металлического сплава,формирование материала стального сплава литье расплавленного материала,формирование литых заготовок- нагрев литых заготовок в нагревательной печи для проведения перфорирования- отделку полых заготовок, придание им формы бесшовных труб- ковку бесшовных труб, придание им формы кованых осей из бесшовных труб для железнодорожных транспортных средств. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что включает после этапа плавки этап вторичной очистки в тигельной печи, при котором производится корректировка химического состава металлического сплава и металлургическая обработка силикокальцием. 11. Способ по п.9 или п.10, отличающийся тем,что включает после этапа вторичной очистки этап вакуумной дегазации. 12. Способ по любому из п.9-11, отличающийся тем,что этап отливки выполняется с электромагнитным перемешиванием. 13. Способ по любому из п.9-12, отличающийся тем, что после этапа отливки литые заготовки подвергаются этапу дополнительного нагрева при температуре от 880 С до 1300 С в течение периода времени от 1 часа до 48 часов. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что включает после этапа дополнительного нагрева этап прокатки. 15. Способ по любому из п.9-14, отличающийся тем, что этап нагрева для перфорирования литых заготовок производится в нагревательной печи при температуре от 1000 Сдо 1300 С. 16. Способ по любому из п.9-15, отличающийся тем, что перед этапом отделки полых заготовок производится этап нагрева полых заготовок до температуры от 820 С до 980 С. 17. Способ по любому из п.9-16, отличающийся тем, что после этапа отделки полых заготовок бесшовные трубы помещаются в холодильник. 18. Способ по любому из п.9-17, отличающийся тем, что перед этапом ковки производится нормализация бесшовных труб, при которой они выдерживаются при температуре от 880 С до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут, после чего подлежат охлаждению на воздухе. 19. Способ по любому из п.9-17, отличающийся тем, что перед этапом ковки производится закалка бесшовных труб, при которой они выдерживаются при температуре от 880 С до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут, после чего производится отпуск труб в среде, которой может быть вода или масло. 20. Способ по любому из п.17-19, отличающийся тем, что отпуск бесшовных труб производится в нагревательной печи, где они выдерживаются при температурах от 400 С до 700 С с выдержкой в течение не менее 10 минут, после чего подвергаются охлаждению на воздухе. 21. Способ по любому из п.9-20, отличающийся тем, что перед этапом ковки бесшовные трубы проходят горячую правку и затем помещаются в холодильник. 22. Способ по любому из п.9-21, отличающийся тем, что включает перед этапом ковки этап проверки труб путем применения методов неразрушающего контроля размеров и нарушений сплошности поверхности. 23. Способ производства по любому из п.9-22,отличающийся тем, что включает после этапа осмотра этап отделки,предусматривающий механическую обработку всей внутренней поверхности бесшовной трубы. 24. Способ по п.23, отличающийся тем, что после механической обработки производится шлифовка внутренней поверхности бесшовной трубы. 25. Способ по п.23, отличающийся тем, что после механической обработки производится полировка внутренней поверхности бесшовной трубы. 26. Способ по любому из п.9-25, отличающийся тем, что перед этапом ковки выполняется этап высадки, при котором бесшовная труба (11) нагревается до температуры от 800 С до 1300 С в той части, где предполагается увеличение толщины, после чего к бесшовной трубе (11) прикладывается продольная сжимающая сила через подвод высадочного инструмента (12). 13 27. Способ по любому из п.9-26, отличающийся тем, что этап ковки осуществляется при температурах от 800 С до 1300 С с помощью по меньшей мере двух радиально вибрирующих открытых матриц (14) с переменным ходом, вспомогательного осевого высадочного инструмента (15) и манипулятора для осуществления поступательного перемещения и вращения бесшовной трубы (13), оснащенных автоматизированной системой цифрового программного управления. 28. Способ по любому из п.9-26, отличающийся тем, что этап ковки осуществляется при температурах от комнатной температуры до 800 С с помощью матрицы (16), выполняющей осевое и радиальное сжатие по крайней мере одного конца (13) трубы,уменьшая ее диаметр и придавая ей форму кованой оси. 29. Способ по любому из п.9-28, отличающийся тем, что, если ковка осуществляется горячим способом, то далее способ производства включает этап охлаждения после ковки, на котором охлаждение производится в одной из следующих сред воздух,сжатый воздух, вода и масло. 30. Способ по любому из п.9-29, отличающийся тем, что включает этап нормализации, по меньшей мере, части бесшовной заготовки оси путем нагрева в печи при температурах от 880 С до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут и последующим воздушным охлаждением. 31. Способ по любому из п.9-30, отличающийся тем, что включает этап закалки, по меньшей мере,части бесшовной заготовки оси, путем нагрева для аустенизации в печи до температур от 880 С до 950 С с выдержкой в течение не менее 10 минут и быстрого охлаждения в воде для закалки. 32. Способ по любому из п.9-31, отличающийся тем, что включает этап отпуска, по меньшей мере,части бесшовной заготовки оси, путем нагрева в печи при температурах от 400 С до 700 С с выдержкой в течение не менее 10 минут и последующим воздушным охлаждением. 33. Способ по любому из п.9-32, отличающийся тем, что этап чистовой обработки включает, по меньшей мере, один из следующих этапов дробеструйная обработка внутренней поверхности трубы, правка трубы, внутренняя механическая обработка смотровых отверстий на обоих торцах трубы, механическая обработка скоса (7) кромки внутреннего диаметра смотровых отверстий трубы и механическая обработка по меньшей мере двух отверстий с резьбой и гладких углублений (6) на каждом торце. 34. Способ по любому из п.9-33, отличающийся тем, что включает после этапа чистовой обработки этап термообработки, состоящий в закалке и отпуске и применяемый, по меньшей мере, к части кованой оси. 35. Способ по любому из п.9-34, отличающийся тем, что включает после этапа чистовой обработки этап неразрушающего контроля размеров для выявления дефектов поверхности кованой оси. 36. Ось по любому из п.1-8, отличающаяся тем,что изготовлена по способу производства,определенному любым из п.9-35.

МПК / Метки

МПК: C21D 8/04, B21K 1/06, C21D 1/28, C22C 38/04, C21D 1/02, B60B 35/08, C21D 9/28, C21D 8/10, C21D 11/00, B21J 5/06

Метки: бесшовной, оси, железнодорожного, транспортного, изготовления, ось, способ, трубы, средства

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/16-28033-os-iz-besshovnojj-truby-dlya-zheleznodorozhnogo-transportnogo-sredstva-i-sposob-izgotovleniya-osi-iz-besshovnojj-truby-dlya-zheleznodorozhnogo-transportnogo-sredstva.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Ось из бесшовной трубы для железнодорожного транспортного средства и способ изготовления оси из бесшовной трубы для железнодорожного транспортного средства</a>

Похожие патенты