CC BY
48
УДК 629.4.027.4:669.14.018.294
I. О. ВАКУЛЕНКО (ДПТ), О. М. ПЕРКОВ (1ЧМ НАНУ), В. Г. АНОФР1еВ (ДПТ), В. С. КРОТ (Укрзалiзниця)
АНАЛ1З ПРИЧИН ВИНИКНЕННЯ ДЕФЕКТ1В НА ПОВЕРХН1 КОЧЕННЯ ЗАЛ1ЗНИЧНИХ КОЛ1С
Виникнення руйнування зал1зничного колеса обумовлено формуванням високих локальних напружень в1д неоднорвдно! пружно-пластично! деформацп за рахунок циктчно! змши температур тд час гальмування.
Возникновение разрушения железнодорожного колеса обусловлено формированием высоких локальных напряжений от неоднородной упруго-пластической деформации при циклической смене температур при торможении.
The destruction occurrence in a railroad wheel is caused by formation of the high local stresses produced by the inhomogeneous elastic-plastic deformation when the cyclic temperature change takes place during and after braking using brake shoes.
На сьогодення штенсивний розвиток техт-ки неможливо уявити без прогресуючого зрос-тання рiвня вимог до металiв i сплавiв, особливо до тих, яю використовуються для виготов-лення елеменпв конструкцш, якi працюють в складних умовах температурно-силових впли-вань. До таких елеменпв вiдносять залiзничне колесо, яке при експлуатацп зазнае впливання вщ навантажень, температур, що циктчно зм> нюються, навколишнього середовища та ш. Аналiз чисельних випадкiв виникнення ушко-джень залiзничних колiс (рис. 1) свщчить, що головною причиною руйнування металу е роз-виток процешв структурних перетворень, якi обумовленi неухильним накопиченням дефекта тд час експлуатацп колеса [1]. Вивчення мехатзму суб- та мiкроструктурних змiн в ме-талi колеса в залежносп вiд умов навантаження дозволить визначити причину виникнення ушкоджень ^ як наслiдок цього, розробити пропозицп щодо зниження визначених негати-вних впливань.
Мета роботи - визначення причин виникнення вищербин по поверхнi кочення затзнич-ного колеса.
Аналiз схеми можливих навантажень, яким пiддаеться залiзничне колесо пiд час експлуатацп, показуе, що чисельнi впливання необхщ-но роздiлити на тi, яю можливо усунути i якi е невщ'емною частиною технологiчного процесу роботи колеса як опорного елемента рухомого складу. До одних з впливань, яю неможливо усунути, вщносять розвиток процешв деформа-цiйного змiцнення металу за рахунок взаемодп колеса з рейкою тд час кочення та розiгрiву приповерхневого шару металу обода при взае-модii його з гальмiвними елементами.
б)
Рис. 1. Вищербини металу на поверхш кочення заль зничного колеса (а), термiчнi трiщини в мюцях по-близу переходу ввд поверхнi кочення до гребеня (б)
Так, у процес гальмування, коли напружен-ня тертя вiд взаемодп колеса з гальмiвними колодками перебшьшуе аналогiчну характеристику для контактноi пари колесо-рейка, досяга-ються умови формування наварiв. Наведене
явищe можe 6ути повнiстю aбо чaстково усуну-то зa рaхyнок рeтeльного нaлaгоджeння гальм> вних систeм рухомого складу.
О^м eкстрeного гaльмyвaння при виник-нeннi нeбeзпeки руху, нaвeдeнi зaсоби повиннi склaдaтися з нaближeння до умов одночaсного почaткy провдсу гaльмyвaння тa досягнeння приблизно одного рiвня нaпрyжeнь тeртя вiд взaeмодiï з гaльмiвною колодкою для вшх колiс визнaчeного потягa. Якщо формyвaння нaвaрiв нa зaлiзничних колeсaх можш усунути, то зa-побiгти формyвaнню «бiлих плям» нa повeрхнi кочeння знaчно склaднiшe. Ha основi провeдe-них дослiджeнь [2] було визнaчeно, що в порiв-няннi з нaвaром виникнeння «бiлих плям» мae сво1' особливостi. Цeй процeс, подiбно нaвaрy, зв'язaний з iнтeнсивним розiгрiвом мeтaлy обо-дa, однaк зчiплювaння з мeтaлом рeйки вщсут-не. При гaльмyвaннi в тонкому приповeрхнeво-му шaрi мeтaлy ободa дyжe швидко зростaе те-мпeрaтyрa до знaчeнь, яких достaтньо для по-чaткy розвитку процeсiв фaзових пeрeтворeнь [3]. Пiсля зaкiнчeння процeсy гaльмyвaння ш-тeнсивний вiдвiд тeплa роз^р^ого мeтaлy до бiльш зaглиблeних об'емiв, з yрaхyвaнням CTa-бiльностi ay^^^y колiсноï стaлi, можe супро-воджyвaться структурними змiнaми зa мeхaнiз-мом зсуву [3]. В цьому випадку вжe нeзнaчнi вiдхилeння в сгабшьносп процeсiв розiгрiвy тa охолоджeння мeтaлy будуть сyпроводжyвaться виникнeнням визнaчeноï структурно!' жоднор> дностi. Пiдтвeрджyють нaвeдeнe положeння eкспeримeнтaльнi дaнi, якi отримaнi при ви-вчeннi структурних змiн тд чaс формyвaння «бiлих плям». Приповeрхнeвi шaри мeтaлy (вiдносно повeрхнi кочeння) мaють дyжe зтач-ний грaдiент структур вiд мaртeнситного типу, шсля вiдпyскy при рiзних тeмпeрaтyрaх, до ш-рлiтних з рiзною дис^рстсго (рис. 2). Тaкa стрyктyрнa ^однор^^шь обов'язково бyдe мaти своï шслщки у виглядi формyвaння жод-норщного комплeксy влaстивостeй у визнaчe-них мiкрооб'емaх мeтaлy, що, в свою чeргy, бyдe сприяти виникнeнню рiзного опору про-цeсaм зaроджeння тa зростaння мiкротрiщин.
Окрiм впливу тeмпeрaтyри нa кiнeтикy структурних пeрeтворeнь в мeтaлi ободa, ви-знaчeнe впливaння нa рiвeнь внyтрiшнiх ш-прyжeнь можe спостeрiгaтися з боку диску ко-лeсa. Тaк, дiйсно, якщо ввaжaти, що при корот-кочaсних рeжимaх гaльмyвaння тeпловiдвiд вiд ободa, окрiм нaвколишнього сeрeдовищa, ж-зшчно нaгрiвaе мiсця спряжiння дискa i ободa, то при вiдносно тривглих aбо достaтньо чaстих гaльмyвaннях положeння суттево змiнюеться.
Рис. 2. Структури стaлi шсля структурних пeрeтворeнь зa мeхaнiзмом зсуву тa вщпуску при 65G °С, 5 хв. (a), iзотeрмiчний розпэд ayстeнiтy при 65G °С (б).
Збiльшeння SGG (a), 2GGG (б)
В цих випадтах тeпловi впливaння вiд ободу будуть бшьш знaчною мiрою сприяти тдви-щeнню тeмпeрaтyри диску колeсa. Змiнa гeомe-тричних розмiрiв диску бyдe сyпроводжyвaтися виникнeнням розтягyючоï склaдовоï внутр> шнiх остaточних нaпрyжeнь в мeтaлi ободу. Тaкe впливaння бyдe сприяти знижeнню опору мeтaлy зaроджeнню тa зростaнню трiщин тa можe розглядaтися як додaтковий фaктор, який знижуе трiщиностiйкiсть ободa зaлiзничного колeсa. О^м цього, змiнi eтaпiв гaльмyвaння тa зaкiнчeння цього процeсy вiдповiдaе зaконо-мiрнa змiнa тeмпeрaтyри розiгрiвy мeтaлy, a з yрaхyвaнням нeодночaсного, для рiзних колiс тa колiсних тр, почaткy гaльмyвaння рiзким збiльшeнням aмплiтyди циклiчноï змiни тeмпe-рaтyри. По хaрaктeрy впливaння - змiнa ш^ву нa охолоджeння супроводжуеться змiною ви-никaючих дeформaцiй зa цикл. Явищa, що спо-стeрiгaються, можуть бути вiднeсeнi до мгло-цикловоï втоми. В нaвeдeномy випaдкy зa вщ-носно мaлий пeрiод чaсy вeликa швидкiсть нa-копичeння рiзномaнiтних дeфeктiв кристaлiчноï будови достaтньо швидко пeрeводe мeтaл в стaн з нeконтрольовaним зростaнням трiщини.
За рахунок розвитку наведених процешв вщбу-ваеться виникнення вищербин металу з поверх-нi кочення залiзничних колю [2].
На тдсташ аналiзу проведених дослiджень визначено, що пiдвищення надшност залiзнич-них колiс при експлуатаци може бути досягну-то за рахунок використання сталей зi зниженою концентрацieю неметалевих включень рiзноl природи походження та формування в металi структурного стану з пiдвищеним опором заро-дженню i зростанню мшротрщин.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Вакуленко И. А. Зависимость усталостной прочности от структурного состояния стали для железнодорожных колес / И. А. Вакуленко,
Н. А. Грищенко, О. Н. Перков. - В кн.: Современные проблемы подготовки производства, заготовительного производства, обработки, сборки и ремонта в промышленности и на транспорте. - К., 2007. - С. 242-244.
2. Класифжацш несправностей вагонних кол1сних пар та 1х елеменпв. - К.: Державна адмшстра-цш зал1зничного транспорту Украши, 2006. -79 с.
3. Вакуленко I. О. Чинники, яш впливають на роз-виток втомленосп металу в процеа експлуатаци зал1зничних кол1с / I. О. Вакуленко, О. М. Перков, М. А. Грищенко // Зал1зничний транспорт Украши, 2007. - № 5. - С. 70-71.
Надшшла до редколегп 27.03.2008.
