Исследование прогиба конструкции, изготовленной из стали Гадфильда, после упрочнения взрывом Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669:539.4.015

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГИБА КОНСТРУКЦИИ, ИЗГОТОВЛЕННОЙ ИЗ СТАЛИ ГАДФИЛЬДА, ПОСЛЕ УПРОЧНЕНИЯ ВЗРЫВОМ

А. В. Гуськов1, А. С. Долматов1, Е. Е. Зубков2, К. Е. Милевский1

Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20 2ОАО «Новосибирский стрелочный завод» Российская Федерация, 630025, г. Новосибирск, ул. Аксёнова, 7 1Е-шаИ: a.guskov@corp.nstu.ru

Одной из проблем использования железнодорожного транспорта при применении в ракетно-космической отрасли является износ элементов конструкции путей при высоких динамических нагрузках. Рассматривается такой элемент конструкции, как сердечник крестовины стрелочного перевода. Данное изделие изготовлено из стали 110Г13Л, и оно подвергается взрывному нагружению. В исследовании установлено изменение прогиба конструкции сердечника и его величина.

Ключевые слова: сталь Гадфильда, высокоскоростное нагружение, геометрические параметры, прогиб.

INVESTIGATING THE BENDING OF THE STRUCTURE MANUFACTURED FROM

THE STEEL OF GADFIELD AFTER STRENGTHENING BY EXPLOSION

A. V. Guskov1, A. S. Dolmatov1, E. E. Zubkov2, K. E. Milevsky1

Novosibirsk State Technical University 20, Karl Marx Av., Novosibirsk, 630073, Russian Federation

2OAO "NSZ"

7, Aksenova Str., Novosibirsk, 630025, Russian Federation ^-mail: a.guskov@corp.nstu.ru

One of the problems of using rail transport when used in the rocket and space industry is the wear and tear of road construction elements under high dynamic loads. The article considers such an element of the design as the core of the crosspoint switch. This product is made of 110G13L steel and it is subjected to explosive loading. The study establishes a change in the deflection of the core structure and its magnitude.

Keywords: Hadfield steel, high-speed loading, geometric parameters, deflection.

Широкое применение железнодорожного транспорта требует надёжных элементов конструкции железнодорожных путей. Одной из основных проблем использования данных элементов является износ изделий конструкции при высоких нагрузках.

Объект исследования - сердечник крестовины стрелочного перевода [1; 2]. Выбор конструкции обусловлен тем, что сам сердечник изготавливается из высокомарганцевой стали 110Г13Л [3; 4], он имеет форму балки и рабочая поверхность изделия подвергается высокоскоростному нагружению для упрочнения поверхностного слоя.

Работы по исследованию свойств стали Гадфильда определили, что механические свойства стали значительно повышаются [5]. Указанные исследования проводились на технологических пробах и в них не ставилась задача по изучению изменения геометрических параметров образцов после ударно-волнового нагружения.

Любой вид обработки заготовки и получения заданных поверхностей изделия связан с технологической наследственностью, т. е. с изменением физико-

механических свойств и геометрических параметров изделия.

Известно, что высокоскоростное нагружение рабочей поверхности сердечника крестовины упрочняет слой материала изделия до 40 мм [5]. При этом рабочая поверхность сердечника получает прогиб. Для исключения прогиба поверхности проводят доводочные операции механической обработки резаньем. Следовательно, величина упрочнённого слоя материала уменьшается, а это влечёт снижение срок эксплуатации изделия.

Цель исследования - определение величины прогиба рабочей поверхности сердечника крестовины после высокоскоростного нагружения.

Актуальность исследования заключается в повышении срока службы стрелочного перевода за счёт сохранения величины упрочнённого слоя материала изделия, полученного после ударно-волнового нагру-жения.

Исследование величины прогиба заключалось в определении перемещения фиксированных точек изделия после взрывного нагружения.

123456789 10 11

Номера сечений

Рис. 2. Максимальное и минимальное отклонения прогиба в каждой точке измерения

Определение перемещения рабочей поверхности изделия проводилось двумя способами:

1) по сечениям 1-11 в точках А, В, С, Б;

2) по изменению кривизны рабочей поверхности;

Материал использованных сердечников принадлежит к одной плавке, т. е. химический состав и физико-механические свойства изделий одинаковой величины.

Изменение точек проводилось от поверхности рабочего стола. Координаты точек определялись в соответствии со схемой (рис. 1).

Результаты по определению координат точек вертикальных сечений 1-11 показали, что расстояние между точками А и В, В и С, С и Б, А и Б во всех сечениях фактически не изменяется, то есть геометрические параметры поперечного сечения сердечника не изменяются.

Определение координат точек линии прогиба после нагружения показало изменение величины прогиба конструкции:

- величина изменения координат точек возрастает к сечению 7-8;

- величина возрастает неравномерно. Это объясняется формой конструкции изделия, так как в районе точек 9-10 происходит изменение формы поперечного сечения изделия.

По результатам экспериментов определили среднее значение координат точек до и после нагружения. По полученным данным построен график (рис. 2), позволяющий увидеть изменение положения координат после нагружения.

Также определено максимальное и минимальное положение координат для каждой измеряемой точки после нагружения. По полученным данным построен

график (рис. 2), показывающий среднее значение координат точек после нагружения, а также их отклонение.

В результате проведённого исследования сделаны выводы:

1) при ударно-волновом нагружении сердечника крестовины стрелочного перевода, материал находится в упруго-пластичном состоянии;

2) величина изменения прогиба изменяется неравномерно: возрастает к точкам 6-8, в точках 9-10 становится наименьшей.

Полученные результаты предлагаются в качестве рекомендаций по созданию литейной формы сердечника крестовины стрелочного перевода: с учётом отклонений линии прогиба изделия после ударно-волнового нагружения, изменить геометрические параметры формы на величину прогиба.

Библиографические ссылки

1. ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия. М. : Изд-во стандартов, 2004. С. 9.

2. ГОСТ 7370-98. Крестовины железнодорожные типов Р75, Р65 и Р50. Технические условия

3. Власов В. В. Литая высокомарганцовистая сталь Г13Л. Свойства и производство. М. : Машгиз, 1963.

4. Гуляев А. П. Металловедение. М. : Металлургия, 1986. С. 431-433.

5. Гуськов А. В., Долматов А. С., Милевский К. Е. и др., Механические свойства стали Гадфильда после низкоскоростных методов обработки и обработки взрывом // Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики : Между-нар. молодежная науч. конф. (16-18 ноября 2016,

г. Томск). Ч. 1 / под ред. М. Ю. Орлова. Томск, 2016. С. 26.

References

1. GOST 977-88. Casting steel. General specifications. M. : Publishing Standards, 2004, p.9.

2. GOST 7370-98. Cross-country railroads of types P75, P65 and P50. Technical specifications

3. Vlasov V. V. Cast high-manganese steel G13L. Properties and production. M. : Mashgiz, 1963.

4. Gulyaev A. P. Metal Science. M. : Metallurgy, 1986. P. 431-433.

5. Guskov A. V., Dolmatov A. S., Milevsky K. E. et al. Mechanical properties of Hadfield's steel after low-speed methods of processing and processing by explosion // International Youth Scientific Conference "Actual problems of modern mechanics of continuous media and celestial mechanics" (November 16-18, 2016) : Conf. proceedings. Part 1 / Ed. M. Yu. Orlova. Tomsk, 2016. P. 26

© Гуськов А. В., Долматов А. С., Зубков Е. Е., Милевский К. Е., 2017