CC BY
24
УДК 669.1.017:538
Л. I. ВАКУЛЕНКО (Придншровська залiзниця, Днiпропетровськ), Ю. Л. НАДЕЖДЩ (ДПТ)
ОЦ1НКА СТУПЕНЯ ЗНЕМ1ЦНЕННЯ ПРИ В1ДПУСКУ ЗАГАРТОВАНО1 КОЛ1СНО1 СТАЛ1
Розглянуто питання стосовно оцшки змши твердосл та швидкосп розповсюдження звукових коливань тсля вщпуску загартовано! колюно! сталг
Рассмотрены вопросы оценки изменения твердости и скорости распространения звуковых колебаний после отпуска закаленной колесной стали.
The issues re. estimation of changes in hardness and sound vibration propagation velocity after tempering the hardened railway wheel steel are considered.
В сучасних умовах експлуатацп залiзнично-го транспорту питання шдвищення експлуата-цшно! безпеки являеться достатньо актуальною проблемою. Одшею iз складових при виршенш наведено! проблеми являеться розробка пропо-зицiй по застосуванню способiв дiагностування структурного стану металевих матерiалiв, в тому чи^ ультразвуковi [1]. Порiвняно з ультразвуковою дефектоскошею, вимiрювання швид-костi розповсюдження звукових коливань мае визначене значення [2]. Аналiз вщомих експе-риментальних даних [1 - 3] свщчить, що швид-юсть розповсюдження звукових коливань е до-статньо чутливою характеристикою стосовно змши розмiру зерна матрицi металу [3], викри-влень другого роду кристатчно! решiтки [1 - 3], твердосп [3, 4] та ш.
Метою роботи е оцiнка можливосп про-гнозування змiни твердостi при вщпуску загартовано! вуглецево! сталь
Матерiалом для дослiдження була вуглецева сталь марки 60 затзничного колеса виробницт-ва ВАТ «1нтерпайп НТЗ». Рiзний рiвень змщ-нення досягали за рахунок гартування вiд нор-мальних температур нагрiву з послщуючим вiдпуском при рiзних температурах, тривалютю 1 год. Твердiсть сталi ощнювали за методикою Вiккерса при навантаженш на iндентор 10 кг (Ну). Швидкiсть розповсюдження звукових
коливань вимiрювали з використанням приладу 1ПС-12 з робочою частотою 1024 Гц. Ширину лшп рентгенiвсько! штерференци визначали, використовуючи методики рентгеноструктур-ного аналiзу.
При вщпуску загартовано! вуглецево! стал основним процесом е розпад пересиченого твердого розчину вуглецю в a-залiзi [5]. Врахо-вуючи високий ступiнь пересичення вуглецем а-твердого розчину i одночасну нестабшьнють
сформованих кристалiв мартенситу [5, 6], невеликих за тривалютю витримок при нагрiвi до температур 100 °С вже достатньо для початку перерозподшу атомiв вуглецю. Наведене поло-ження пiдтверджуеться експериментальними даними по впливу температури вщпуску загартовано! стат марки 60 на ширину лши рентге-нiвсько! iнтерференцi! (211)- 5211 (рис. 1). Так,
незначна немонотоннiсть при температурах 50...75 °С може бути пов'язана з етапами роз-витку процесiв розупорядкування атомiв вуглецю.
xl0"3p I ад
1
EL
0 100 200 300 400 500 600 t, °С
Рис. 1. Значення ширини лiнii рентгенiвськоi iнтерференцii (211) залежно вiд температури вiдпуску загартовано! сталi марки 60
Подальше шдвищення температури вщпуску до 300 °C супроводжуеться закономiрним зниженням викривлень кристатчно!' решiтки, що за рахунок зниження опору перемiщенню дислокацiй тд час навантаження сталi повинно приводити до знемiцнення металу. Продовжен-ня пiдвищення температури вiдпуску вище
© Вакуленко Л. I., Надеждш Ю. Л., 2010
400 °С веде до початку розвитку процешв коалесценци карбщно! фази ^ як наслiдок цьо-го, зниження мшронапружень та росту розмiру областей когерентного розсдавання. Врахову-ючи, що пiсля вiдпуску при температурах 350...400°С величина мiкронапружень досягае мiнiмальних значень [6] i в подальшому не мае вагомого впливу на рiвень мщносп та твердо-стi, розмiр областей когерентного розсiювання стае характеристикою, яка визначае рiвень зне-мщнення сталi. Наведене положення шдтвер-джуеться формуванням перегину на залежностi В211 вiд температури вiдпуску.
Характер змiни твердостi при вiдпуску загартовано! сталi (рис. 2) достатньо однозначно вщповщае сумарному впливу мiкронапружень i розмiру областей когерентного розсiювання (ощнка за величиною В211).
Ну. ,------
/ ММ
400 —
0 100 200 300 400 500 600 °С
Рис. 2. Залежшсть твердосп за Ыккерсом ввд температури ввдпуску загартовано! стал1 марки 60
На пiдставi анатзу залежностей В211 i Ну вщ температури вiдпуску можна вважати, що юнуе взаемозв'язок мiж ними. Дшсно, пiсля нанесення вiдповiдних значень В211 проти Ну (рис. 3) можна говорити про юнування однозначного зв'язку з високим коефщентом коре-ляци. Причому необхiдно вiдзначити, що одно-значнiсть зв'язку зберiгаеться незалежно вiд змiни основного чинника впливу: мшронапру-жень при нагрiвi до 350 °С [6] або областей ко-
герентного розсдавання для температур тсля 350 °С.
Вимiрювання швидкостi розповсюдження звукових коливань показали вщповщну залежшсть вiд розвитку процесiв знемiцнення в зага-ртованiй сталi (рис. 4).
Яг, к/ ____
/ УМ
Рис. 3. Взаемозв'язок мгж твердютю 1 шириною лшп (211) загартовано! та вщпущено! стал марки 60
2700
0 ¡00 200 300 400 500 600 700 °С
Рис. 4. Залежшсть швидкосп розповсюдження звукових коливань ввд температури вщпуску загартовано! стал1 марки 60
Враховуючи, що процес гартування стал супроводжуеться накопиченням велико! щшь-ностi дефектiв кристалiчно! будови з одночас-ним високим рiвнем мiкронапружень вiд пере-сичення вуглецем твердого розчину, швидюсть розповсюдження звукових коливань за даних умов мшмальна. При нагрiвi загартовано! сталi розвиток процешв знемiцнення супроводжуеться зростанням урiвноваження структури [1, 2], що в свою чергу може розглядатися як знижен-ня кiлькостi чинникiв, якi перешкоджають роз-повсюдженню звукових коливань. Таким чином, швидюсть звуку повинна зростати, що в дшсносп i спостериаеться (рис. 4). Аналiз характеру залежносп величин Ну i уз вiд темпе-
ратури в1дпуску вказуе на 1снування взаемо-зв'язку м1ж ними (рис. 5). З шшого боку, анало-пчне сшввщношення юнуе м1ж Уз { ступенем нер1вноважност1 структури, наприклад з величиною В211 .
Рис. 5. Взаемозв'язок м1ж ¥з { Ну загартовано! 1 ввд-пущено! при р1зних температурах стал1 марки 60
Наведеш результати (юнування кореляцш-ного зв'язку м1ж Уз { твердютю) не е неспод1-ваними, отримаш рашше под1бш стввщно-шення [1 - 4] вказують на можливють застосу-вання методу вим1рювання швидкосп розпо-всюдження звукових коливань для анал1зу структурних перетворень в об'ем1 металу по-близу поверхш кочення зал1зничних колю 1 ба-ндажв. Р1ч у тому, що в реальних умовах екс-плуатаци в зал1зничних колесах та бандажах, за рахунок одночасного складного впливу пластично! деформацп та циктчного змшення еташв нагр1ву та охолодження, вщбуваються структу-рш перетворення, яю у бшьшосп випадюв но-сять непередбачуваний характер. Отже, посл> довне вивчення окремих процес1в структурних перетворень ¡з застосуванням р1зномаштних
метод1в досл1дження е достатньо актуальним питанням.
Висновки
1. При вщпуску загартовано! вуглецево! ста-л1 розвиток процес1в структурних перетворень супроводжуеться зниженням мщносп з одноча-сним зростанням швидкост розповсюдження звукових коливань.
2. За умови незмшносп структурного стану металу, твердють { швидюсть розповсюдження звукових коливань мають обернено пропорцш-ний зв'язок.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Муравьев, В. В. Взаимосвязь скорости ультразвука в сталях с режимами их термической обработки [Текст] / В. В. Муравьев // Дефектоскопия. - 1989. - № 2. - С. 66-68.
2. Муравьев, В. В. Влияние термической обработки на скорость ультразвука в алюминиевых сплавах [Текст] / В. В. Муравьев // Дефектоскопия. - 1989. - № 11. - С. 65-72.
3. Вакуленко, И. А. О влиянии размера зерна феррита и объемной доли аустенита на зависимость скорости распространения звуковых колебаний от твердости стали [Текст] / И. А. Вакуленко, Ю. Л. Надеждин, В. М. Емельянов // Дефектоскопия. - 1993. - № 7. - С. 32-36.
4. Влияние размера зерна феррита в низкоуглеродистой горячекатаной стали на скорость распространения звуковых колебаний в процессе нагружения [Текст]. - В кн.: Фундаментальные и прикладные прблемы черной металлургии / И. А. Вакуленко [и др.]. - Д.: ИЧМ НАНУ, 2004. - С. 198-202.
5. Бабич, В. К. Деформационное старение стали [Текст] / В. К. Бабич, Ю. П. Гуль, И. Е. Дол-женков. - М.: Металлургия, 1972. - 320 с.
6. Курдюмов, Г. В. О кристаллической структуре закаленной стали [Текст] / Г. В. Курдюмов // ФММ. - 1966. - т. 22, вып. 5. - С. 752-765.
Надшшла до редколегп 12.01.2010. Прийнята до друку 20.01.2010.
