CC BY
21
УДК 621.771.001:621.785
I. О. ВАКУЛЕНКО, М. А. ГРИЩЕНКО (ДПТ), О. М. ПЕРКОВ (1ЧМ НАНУ)
ЗАЛЕЖН1СТЬ Р1ВНЯ ВНУТР1ШН1Х НАПРУЖЕНЬ В ЕЛЕМЕНТАХ ЗАЛ1ЗНИЧНИХ В1СЕЙ В1Д РЕЖИМ1В ЗМ1ЦНЮЮЧО1 ОБРОБКИ
Диференцшне охолодження елементiв залiзничних колю впливае на 3MiHy напруженого стану колю.
Дифференцированное охлаждение элементов железнодорожных колес оказывает влияние на изменение напряженного состояния колеса.
The differential cooling of railway wheels parts affects the change of the wheel stress state.
Зал1зничш вю1 колюних пар працюють у дуже складних умовах цикл1чного вигину разом з д1ею скручувальних та ударних наванта-жень при температурах, яю змшюються у вщ-носно широкому д1апазош значень. На шдстав1 вщомих експериментальних даних [1, 2] визна-чено, що тдвищення мщносп при втомленш в окремих елементах вю1 до визначених значень, обумовлюе зростання надшносп та конструктивно! мщносп И як единого цшого. Одшею з чисельних умов при виготовленш в1с1 е забез-печення необхщного р1вня внутршшх напру-жень стискування в поперед- та шдматочинно! частинах. Досягають формування нобхщного знаку та р1вня внутршшх напружень за раху-нок диференцшованого охолодження при тер-м1чнш обробщ окремих елемент1в в1с1.
Надшнють вю1 при експлуатаци в значнш м1р1 обумовлена здатнють металу затзничних вюей гальмувати процеси зародження та зростання мшротрщин.
Мета роботи - розробка пропозицш щодо технологИ змщнюючо! терм1чно! обробки при виготовленш затзничних вюей, яю будуть сприяти збшьшенню опору процесам руйну-вання металу.
Матер1алом для дослщжень були промисло-в1 в1с1, яю виготовлеш в умовах Дншродзер-жинського металургшного комбшату з наступ-ним х1м1чним складом: 0.46 % вуглецю, 0.83 % марганцю та 0.29 % кремшю. Для отри-мання р1зномаштних схем розподшу внутрь шшх напружень в елементах вю1, тсля остан-ньо! формоутворюючо! операци в1с1 тддавали змщнюючим терм1чним обробкам: норматзацп (д1юча технолопя) та примусовому прискоре-ному охолодженню (з використанням спещаль-них спреер1в) окремих д1лянок: шийка, попере-
дшдматочинна, пiдматочинна. Механiчнi влас-тивостi визначали при випробуваннях на роз-тяжшня, на ударний згин. Межу мщносп при втомленнi визначали пiд час тривалих циктч-них навантажень. Остаточш напруження визначали через вимiрювання остаточних дефор-мацiй з використанням цифрового тензометри-чного моста ЦТМ-5. Мiкроструктурнi досл> дження проводили з використанням електронного та свплового мшроскошв. Розмiр структурного елемента внутршньо! будови -мiжпластинкову вiдстань в перлггнш колони визначали, використовуючи методики кшькю-но! металографи [3].
Одним з основних рiзновидiв пошкоджень залiзничних вюей в процес експлуатаци е тр> щини з характерними ознаками розвитку про-цесiв стомлювання. При цьому найбшьш час-тiше наведенi трщини зароджуються в мiсцях посадки колеса на вюь та при переходi вiд по-передпiдматочини до шдматочинно! частини. Обумовлено це рiзницею в швидкостях охолодження окремих елемеипв вiсi пiсля гарячо! пластично! деформаци та схемою навантаження вiсi при експлуатаци. Так, дiйсно враховуючи, що чим бшьший перетин металу, тим повшьш-ше цей елемент буде охолоджуватися, що в свою чергу приводе до змши характеру струк-туроутворення i, як наслiдок цього, рiзного комплексу властивостей. Окрiм цього, неодно-часний розвиток структурних перетворень обов'язково приведе до виникнення градiента внутршшх напружень мiж елементами вюь
На тдсташ аналiзу електронно-мiкроскопiчних дослiджень визначено, що вже при вщносно незначному прискореннi охолодження шдматочинно! частини вю спостерша-еться диспергування перлiтних колонiй (рис. 1.)
Наведеш структуры змiни супроводжуються пiдвищенням мщшсних характеристик сталей [4], як наслщок цього, пiдвищенням опору про-цесам втомлення [5]. По ддачш, на сьогодення, технологи термiчноl обробки затзничних вiсей, яка складаеться з на^ву до температур аусте-нiтного стану (860-880 °С), витримки при цих температурах для вирiвнювання хiмiчного складу по об'ему металу та закшчення структу-рних перетворень, вирiб шддають нормалiзацil.
Рис. 1. Структура перлггно! колони: (а) шсля норма-л1заци; (б) тсля прискореного охолодження до 550 °С щдматочини (збшьшення 6000)
Як показали вимiрювання внутрiшнiх остаточ-них напружень, виникнення градiента температур за рахунок неодночасного охолодження елеменпв вю (рiзниця для рiзних типорозмiрiв вiсi мiж елементами може складати до 30 % площi в перетиш) приводе до формування не тшьки рiзних рiвнiв напружень але, що особливо важливо, до змiни знаку напружень при пе-реходi вiд одного елемента до другого. Так, найбшьш масивна частина вю - пiдматочинна буде охолоджуватись з мiнiмальною швидюс-тю, в порiвняннi з iншими елементами. В нш
будуть формуватись остаточш напруження роз-тяжшня, якi не будуть сприяти гальмуванню процесiв руйнування металу.
З шшого боку, тддаючи прискореному охо-лодженню спочатку найбшьш масивш елемен-ти вiсi, тим самим сприяючи вирiвнюванню температур мiж рiзними елементами, можна очiкувати зниження градiента внутрiшнiх напружень мiж ними. Як показали дослiдження, наведене припущення в дiйсностi спрацьовуе на практищ.
Пiддаючи примусовому охолодженню спочатку тшьки шдматочинну частину вю, а пiсля досягнення визначено! середньо! температури в нiй, останнi елементи, спостерпаемо законом> рну змiну внутршшх напружень в дослщжува-них частинах вю (рис. 2).
350 40« 450 500 <>£
Рис. 2. Залежшсть р1вня 1 знака внутршшх напружень в попередшдматочиннш (1) та шдматочиннш (2) частинах зал1знично1 в1с1 ввд температури к1нця примусового охолодження щдматочини
Прогресуюче зниження температури кшця прискореного охолодження пiдматочини, по-чинаючи з температури 500 °С, супроводжуеть-ся неухильним зростанням внутршшх напружень стискування. При охолодженш до температур 400... 350 °С вони досягають рiвня 100 Н/мм2. Разом з цим, позитивним моментом з точки зору тдвищення опору процесам заро-дження трщин втоми в мiсцi посадки колеса на вюь, в попередпiдматочиннiй частиш неухиль-но зростають внутрiшнi напруження розтяжш-ня (рис. 2). На шдст^ цього, на переднiй план виходять питання перепаду внутршшх напру-
жень при переходi вщ попередпiдматочини до шдматочини. Дiйсно, враховуючи, що наведене мюце вiсi являе собою найбшьш навантажену дiлянку, градiент, а особливо знак напружень мають дуже велике значення при складанш з виникаючими напруженнями, пiд час експлуа-таци, необхiдно прагнути до зниження рiзницi в напруженнях. Таким чином, можна вважати, що найбiльш привабливим з точки зору досяг-нення тдвищеного опору металу зародженню та зростанню трiщин рiзного характеру похо-дження будуть умови визначеного сшввщно-шення мiж рiвнем внутрiшнiх напружень стис-кування в пiдматочиннiй частинi вю, мшмаль-но припустимих значень твердост мiцнiсних властивостей металу (вимоги нормативно-техшчно! документаци) та градiента напружень
в мющ переходу вiд шдматочини до поперед-
шдматочинно! частини.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Патент ПНР № 118535, Кл. С21В9/34, 1982.
2. А.с. СССР № 1433985, М. Кл. С21Д 1/78, Бюл. № 40, 1988.
3. Панченко Е. В. Лаборатория металлографии / Е. В. Панченко, Ю. А. Скаков, Б. И. Кример. -М.: Металургия, 1965. - 439 с.
4. Большаков В. И. Переориентированные структуры в углеродистых сталях / В. И. Большаков, И. А. Вакуленко. - Д.: ПГАСиА, 2005. - 100 с.
5. Вакуленко И. А. Структура и свойства углеродистой стали при знакопеременном деформировании. - Д.: Gaudeamus, 2003. - 94 с.
Надшшла до редколегп 22.01.2008.
