TERMS OF ENSURING QUALITY OF THE RAILWAY WHEELS BUILT UP BY WELDING

Autor: Haivoronskyi, O. A.
Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport; № 5(65) (2016); 136-151
Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта; № 5(65) (2016); 136-151
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту; № 5(65) (2016); 136-151
ISSN: 2307-3489
2307-6666
Popis: Мета. В роботі передбачається встановити закономірності формування структури і фізико-механічних властивостей колісних сталей при дуговому наплавленні та розробити технологічні рекомендації щодо відновлення поверхонь зносу залізничних коліс. Вони забезпечать підвищення надійності та безпеки руху транспорту в умовах зростаючих експлуатаційних навантажень. Методика. Для досягнення поставленої мети досліджено: 1) вплив експлуатаційних навантажень на структурні зміни та властивості металу колеса; 2) вплив дугового наплавлення на структурно-фазовий склад та властивості металу зони термічного впливу, його опірність крихкому і уповільненому руйнуванням; 3) вплив наплавленого металу на формування напруженого стану наплавлень та їх опірність утворенню тріщин; 4) зносостійкість відновленого металу при терті-ковзанні пари «колесо-рейка». Результати. Найбільш напруженою ділянкою профілю кочення залізничних коліс вантажних вагонів при експлуатації є місце переходу від поверхні кочення до гребеня. Тому при відновленні наплавленням коліс необхідно, перш за все, забезпечити підвищену опірність крихкому руйнуванню металу в цій зоні. Для уникнення появи холодних тріщин при наплавленні необхідно обмежувати швидкість охолодження в зоні термічного впливу до 16,0 °С/с (в інтервалі 600…500 °С) при вмісті вуглецю С < 0,60 % та до 8,0 °С/с при С = 0,60…0,65 %. При цьому, порівняно висока опірність крихкому руйнуванні забезпечується, коли буде сформована структура, яка не містить верхній бейніт, а частка мартенситу не перевищує кількості нижнього бейніту (співвідношення М/Бн < 1). Витримка колеса на протязі 3,5–4,5 годин при температурі 100 °С після наплавлення в процесі його уповільненого охолодження сприяє підвищенню опірності крихкому руйнуванню металу зони термічного впливу в 1,8–2,3 рази. Наукова новизна. Автором розвинуто уявлення щодо структурно-фазових змін, які відбуваються в металі залізничного колеса при дуговому наплавленні. Встановлений взаємозв’язок між вмістом вуглецю в сталі, швидкістю її охолодження при наплавленні, опірністю утворенню тріщин і крихкому руйнуванню. Встановлено вплив умов охолодження колеса після наплавлення на властивості металу. Практична значимість. Розроблені технологічні рекомендації щодо відновлення наплавленням залізничних коліс вантажних вагонів. Їх застосування забезпечить підвищення якості відновлення наплавленням залізничних коліс, надійність та безпеку руху транспорту в умовах зростаючих експлуатаційних навантажень.
Цель. В работе предполагается установить закономерности формирования структуры и физико-механических свойств колесных сталей при дуговой наплавке и разработать технологические рекомендации по восстановлению поверхностей износа железнодорожных колес. Они обеспечат повышение надежности и безопасности движения транспорта в условиях растущих эксплуатационных нагрузок. Методика. Для достижения поставленной цели исследовано: 1) влияние эксплуатационных нагрузок на структурные изменения и свойства металла колеса; 2) влияние дуговой наплавки на структурно-фазовый состав и свойства металла зоны термического влияния, его сопротивляемость хрупкому и замедленному разрушениям; 3) влияние наплавленного металла на формирование напряженного состояния наплавок и их сопротивляемость образованию трещин; 4) износостойкость восстановленного металла при трении-скольжении пары «колесо-рейка». Результаты. Наиболее напряженным участком профиля качения железнодорожных колес грузовых вагонов при эксплуатации является место перехода от поверхности катания до гребня. Поэтому при восстановлении наплавкой колес необходимо, прежде всего, обеспечить повышенную сопротивляемость хрупкому разрушению металла в этой зоне. Для исключения образованию трещин при наплавке необходимо ограничивать скорость охлаждения в зоне термического влияния до 16,0 °С/с (в интервале 600…500 °С) при содержании углерода С
Purpose. The paper assumes to set the basic laws in determining the structure and physical-mechanical properties of wheel steels during arc welding technology and to develop the recommendations for reconstruction of railway wheel wear surfaces that will improve the reliability and safety of traffic in terms of increasing operating loads. Methodology. To achieve this purpose the paper studied 1) the influence of operating loads on structural changes and properties of metal wheels; 2) the impact of arc welding on structural and phase composition and properties of the metal heat-affected zone, its resistance to brittle and slow fracture; 3) the impact of welded metal on the formation of the stress state of the welds and their resistance to formation cracks; 4) wear resistance of built up metal during friction-slip of the «wheel-rail» pair. Findings. The most intense zone of the rolling profile of freight railway wheels during operation is a place of transition from rolling surface to the ridge. Therefore, the wheel building up by welding requires first of all the increased resistance to brittle fracture of metal in this area. It is established that welding in the metal of the wheel heat-affected zone cause formation of the hardened bainite-martensite structures. The minimum metal cooling rate, at which the martensite start forming is 8°C / s (in the range of 600…500°C) when the content of carbon in steel is 0.58% and 2°C/s at 0.65% of carbon. It is shown that to increase resistance to cracking it is necessary to limit the cooling rate to 16.0°C/s when the carbon content is C < 0.60% and to 8.0°C / s when C = 0.60…0.65%. Under these conditions, the metal has rather high ability to mikroplastic deformation without cracking. It was founded that to improve the critical stress intensity factor К1С at brittle fracture it is necessary to provide conditions when welding would result in the built up structure that does not contain upper bainite and the martensite share does not exceed the number of lower bainite (ratio of M/Bn < 1). It is proved that exposure of wheels within 3.5-4.5 hours at 100°C after welding, during their slow cooling improves resistance to brittle fracture of metal heat-affected zone by 1.8-2.3 times. This is due to the removal of diffusion hydrogen from the metal and reduction of the ІІ type stress in the lath volume of bainite and martensite by 1.5. Originality. The author has developed the idea of the structural-phase changes that occur in the metal of railway wheels during arc welding. The relation between the carbon content in steel, cooling rate during welding and resistance to cracking and brittle fracture was found. The authors determined the influence of after-welding wheel cooling conditions on the metal properties. Practical value. Technological recommendations for railway freight wheel building up by welding were developed. Their application will improve quality of the railway wheels built up by welding, reliability and safety of traffic in conditions of growing operating loads.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: