Надійність залізничних коліс, виготовлених різними способами виробництва

О.І. Бабаченко; Г.А. Кононенко; Р.В. Подольский; Ж.А. Дементьєва; О.А. Шпак; О.П. Клинова

Надійність залізничних коліс, виготовлених різними способами виробництва

Автор(и)

О.І. Бабаченко Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України https://orcid.org/0000-0003-4710-0343 (неавтентифікований)
Г.А. Кононенко Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України https://orcid.org/0000-0001-7446-4105 (неавтентифікований)
Р.В. Подольский Національна металургійна академія України https://orcid.org/0000-0003-1219-348X (неавтентифікований)
Ж.А. Дементьєва Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
О.А. Шпак Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України https://orcid.org/0000-0002-6707-0877 (неавтентифікований)
О.П. Клинова Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України

Ключові слова:

залізничне колесо, неметалеві включення, інтенсивність напружень, механічні властивості, мікроструктура

Анотація

Досліджено різні показники надійності литих і суцільнокатаних залізничних коліс. Встановлено, що литі колеса (клас С по AAR M-107/M-208), маючи високі значення характеристик міцності (тимчасовий опір і твердість), за такими важливими показниками надійності як відносне звуження, відносне подовження, ударна в’язкість і в’язкість руйнування значно поступаються суцільнокатаним колесам (марка Т і 2 по ДСТУ ГОСТ 10791:2016), при цьому рівень відносного подовження, ударної в’язкості і в’язкості руйнування литих коліс не відповідає вимогам ДСТУ ГОСТ 10791: 2016.

Встановлено, що наявність великої кількості великих неметалевих включень несприятливої (стрічкоподібної) форми може призвести до виникнення тріщини, яка в поєднанні з литою, спрямованою структурою в перетині залізничних коліс сприяє поширенню виниклої тріщини. З позиції механіки руйнування неметалеві включення є концентраторами напружень, такими ж, як мікротріщини. При цьому максимальне напруження у вершини сульфідного включення, стрічкового або евтектики, характерних для литого колеса, довжина яких становить близько 0,05 мм, при товщині 0,005 мм, при напруженні в ободі колеса 500 МПа, може досягати величини порядку 3200 Н/мм^3/2, що перевищує допустимий рівень коефіцієнта інтенсивності напружень для цих коліс в 2 рази. Для суцільнокатаного колеса характерна щільна однорідна макроструктура; мікроструктура суцільнокатаного колеса рівномірна, а неметалеві включення мають округлу форму.

Також низькі значення ударної в’язкості, яка характеризує здатність матеріалу поглинати механічну енергію в процесі деформації і руйнування під дією ударного навантаження, особливо при мінусових температурах, сприяють підвищенню ймовірності неконтрольованого руйнування виробів в процесі експлуатації. Встановлено, що при знижених температурах лите колесо має значення ударної в’язкості в кілька разів нижче, ніж суцільнокатані колеса. Визначення сфери можливого застосування литих коліс вимагає подальших досліджень.