Обґрунтування раціональної заміни матеріалу з’єднувальних рукавів гальмівної системи рухомого складу залізниць

Abstract

UK: Мета. Метою роботи було вивчення структури та механічних властивостей чавунів з різною формою графітної складової, в тому числі при їх термічному зміцненні, для обґрунтування раціональної заміни матеріалу з’єднувальних рукавів гальмівної системи. Методика. Матеріалом досліджень були ковкі за ГОСТ 1215 та високоміцні за ДСТУ 3925 чавуни для виготовлення з’єднувальних рукавів гальмівної системи за ГОСТ 2593. Термічну обробку матриці чавунів проводили на лабораторному устаткуванні за прийнятими в індустріальній практиці режимами аустемперингу. Механічні випробування на статичний розтяг проводили згідно з ГОСТ 1497 на випробувальній машині «Instron». Випробування на ударний згин проводили згідно з ГОСТ 9454 на маятниковому копрі PSW-5. Твердість вивчали за допомогою твердоміра ТБ 5004 за вимогами ГОСТ 9012. Металографічний аналіз проводили на виготовлених за стандартними методиками ГОСТ 3443 мікрошліфах за допомогою мікроскопу «Neophot-2». Результати. Аналіз дани дослідження мікроструктури та механічних випробувань продемонстрував суттєву залежність пластичності чавуну від форми графітних включень. При цьому показано, що відносне видовження мало змінюється в залежності від типу металевої матриці. Встановлено, що, натомість, твердість в основному визначається саме матрицею чавуну. Порівняльний аналіз механічних властивостей обох досліджених типів чавунів з різною формою графіту та різним типом металевої матриці зафіксував при переході від феритної структури до перлітної падіння відносного видовження майже в десять разів. В роботі показана безумовна перспективність ізотермічного гартування чавунів з графітною складовою з точки зору підвищення їх механічних та експлуатаційних властивостей. Наукова новизна. Встановлена безумовна перевага чавунів з кулястим графітом, як за показниками пластичних так і міцностних характеристик, у порівняні з ковкими чавунами з компактною розгалуженою формою графіту. Досягнення чавунами з кулястим графітом після аустемперингу механічних характеристик, що переважають відповідні показники ковких чавунів дозволило розглядати термічне зміцнення методом ізотермічного гартування у якості додаткового аргументу на користь використання високоміцних чавунів в термозміцненому стані для виготовлення металевих елементів гальмівної системи рухомого складу залізниць. Практична значимість. Одержані в роботі результати стали підґрунтям для раціональної заміни матеріалу з’єднувальних рукавів гальмівної системи рухомого складу залізниць за ГОСТ 2593 на чавун з кулястим графітом за ДСТУ 3925. Таке технологічне впровадження очевидно можна розглядати і у якості преференційного з точки зору економії енерговитрат, в першу чергу - природного газу, приймаючи до уваги особливості технологічних процесів індустріального виробництва ковких та високоміцних чавунів.

RU: Цель. Целью работы было изучение структуры и механических свойств чугунов с различной формой графитной составляющей, в том числе при их термическом упрочнении, для обоснования рациональной замены материала соединительных рукавов тормозной системы. Методика. Материалом исследований были ковкие по ГОСТ 1215 и высокопрочные по ДСТУ 3925 чугуны для изготовления соединительных рукавов тормозной системы по ГОСТ 2593. Термическую обработку матрицы чугунов проводили на лабораторном оборудовании по принятым в промышленной практике режимам аустемперинга. Механические испытания на статическое растяжение проводили по ГОСТ 1497 на испытательной машине «Instron». Испытания на ударный изгиб проводили по ГОСТ 9454 на маятниковом копре PSW-5. Твердость изучали с помощью твердомера ТБ 5004 по требованиям ГОСТ 9012. Металлографический анализ проводили на изготовленных по стандартным методикам ГОСТ 3443 микрошлифах с помощью микроскопа «Neophot-2». Результаты. Анализ данных исследований микроструктуры и механических испытаний продемонстрировал существенную зависимость пластичности чугуна от формы графитных включений. При этом показано, что относительное удлинение слабо изменяется в зависимости от типа металлической матрицы. Установлено, что, напротив, твердость в основном определяется именно матрицей чугуна. Сравнительный анализ механических свойств обоих исследованных типов чугунов с разной формой графита и разным типом металлической матрицы зафиксировал при переходе от ферритной структуры к перлитной падение относительного удлинения почти в десять раз. В работе показана безусловная перспективность изотермической закалки чугунов с графитной составляющей с точки зрения повышения их механических и эксплуатационных свойств. Научная новизна. Установлено безусловное преимущество чугунов с шаровидным графитом, как по показателям пластических, так и прочностных характеристик, в сравнении с ковкими чугунами с компактной разветвленной формой графита. Достижение чугунами с шаровидным графитом после аустемперинга механических характеристик, которые превосходят соответствующие показатели ковких чугунов позволило рассматривать термическое упрочнение методом изотермической закалки в качестве дополнительного аргумента в пользу применения высокопрочных чугунов в термоупрочненном состоянии для изготовления металлических элементов тормозной системы подвижного состава железных дорог. Практическая значимость. Полученные в работе результаты были приняты за основу для рациональной замены материала соединительных рукавов тормозной системы подвижного состава железных дорог по ГОСТ 2593 на чугун с шаровидным графитом по ДСТУ 3925. Такое технологическое внедрение очевидно можно рассматривать и в качестве преимущественного с точки зрения экономии энергетических затрат, в первую очередь - природного газа, принимая во внимание особенности технологических процессов индустриального производства ковких и высокопрочных чугунов.

EN: Purpose. Purpose of the work was study of structure and mechanical properties of cast irons with different shape of graphite including their thermal treatment, to support rational replacement material connecting hoses break system. Methodology. Material studies were malleable according to GOST 1215 and high strength according to DSTU 3925 irons for the manufacture of hoses brake system according to GOST 2593. Heat treatment of cast irons matrix conducted on lab equipment according to adopted in industrial practice modes of austempering. Mechanical tests on static tension conducted according to GOST 1497 on testing machine «Instron». Impact toughness tests were carried out in accordance with GOST 9454 on pendulum machine PSW-5. Hardness studied using testing equipment TB 5004 according to requirements of GOST 9012. Metallographic analysis was carried out on manufactured according to standard methods of GOST 3443 microscopic specimens by using of microscope «Neophot-2». Findings. Data analysis of microstructure research and mechanical trials demonstrated a significant dependence of the plasticity of cast iron from graphite inclusions form. This shows that elongation insignificantly varies depending on the type of metal matrix. It was discovered that, instead, the hardness is mainly determined by the matrix of iron. Comparative analysis of mechanical properties of both the investigated types of cast irons with various graphite shape and different type of metal matrix fixed during the transition from the ferrite structure to pearlite falling relative elongation in almost ten times. It was shown in the work unconditional perceptiveness of cast irons with graphite component isothermal hardening in terms of their mechanical and exploitations properties increasing. Originality. Absolute advantage of cast irons with nodular graphite iron, both in terms of plastic and strength characteristics compared with malleable irons with compact branched form of graphite has been determined. Achievement of nodular graphite iron after austempering mechanical characteristics, that prevailing relevant indicators for malleable cast irons allowed considering the thermal strengthening by isothermal quenching method as an additional argument in favor of use the high-strength cast irons in heat treated condition for metal elements manufacturing for railways rolling stock brake system. Practical value. Obtained in the work results were the basis for rational replacement of material connecting hoses brake system rolling stock of railways according to GOST 2593 by globular graphite iron according to DSTU 3925. Such a technological implementation clearly can be seen also as a preferential for use in terms of saving energy, in the first place - natural gas, taking into account the peculiarities of technological processes of industrial production of malleable and high strength cast irons.