Розроблення хімічного складу сталі та режиму термічної обробки залізничних коліс для експлуатації в легких умовах гальмування за високих навантажень на вісь

Abstract

UK: Створення нових, більш зносостійких матеріалів, має велике значення в проблемі підвищення довговічності залізничних коліс. Вибір хімічного складу сталей та розроблення режимів термічної обробки коліс для створення певного структурного стану дозволить підвищити зносостійкість, контактну втому й опір крихкому руйнуванню. Мета дослідження − розроблення хімічного складу сталі і раціональних параметрів термічної обробки залізничних коліс класу D (легкі умови гальмування і високі навантаження на вісь із підвищеною стійкістю до зношування), які забезпечать виконання вимог стандарту AAR M−107/M−208. Методика. В лабораторних умовах виплавлено дослідні плавки із різним умістом легувальних елементів за допомогою комплексної установки, що складається з плавильного агрегата ІТПЕ-0,01 закритого типу і високочастотного джерела струму ВТГ−20−22. Лабораторні сталі підлягали гарячій пластичній деформації та термічній обробці за режимами, наближеними до промислових для виготовлення залізничного колеса. Кінетику розпаду аустеніту за безперервного охолодження за різними швидкостями досліджували дилатометричним методом. Механічні властивості визначали за стандартними методиками. Результати. Виготовлено та вивчено сталь дослідного складу. Виготовлено залізничні колеса з дослідної сталі рекомендованого хімічного складу. Наукова новизна. Встановлено закономірності кінетики розпаду аустеніту за безперервного охолодження сталі дослідного складу: 0,68 % С, 0,49 % Si; 0,7 % Mn; 0,77 % Cr; 0,22 % Ni; 0,069 % Mo; 0,087 % V для залізничних коліс класу D, призначених для експлуатації в легких умовах гальмування за високих навантажень на вісь відповідно до вимог стандарту AAR M−107/M−208. Визначено закономірності зміни механізму розпаду аустеніту в широкому інтервалі швидкостей охолодження: до 1 °С/с розпад аустеніту відбувається з утворенням повністю перлітної структури, за швидкості охолодження 2 °С/с структура являє собою 15 % перліту, 25 % бейніту, решта – мартенсит і залишковий аустеніт; за швидкостей охолодження ≥ 5 °С/с формується структура мартенситу й залишкового аустеніту. Практична значимість. Розроблено рекомендації щодо хімічного складу сталі та технології термічного зміцнення коліс, для отримання високого комплексу механічних властивостей залізничних коліс класу D відповідно до вимог стандарту AAR M-107/M-208.

EN: The development of new wear-resistant materials has a pivotal role in solving the durability problem of railway wheels. The adoption of appropriate chemical compositions of steel and proper heat treatment regimes aimed at developing specific structural conditions for manufacturing railway wheels will increase wear-resistance, contact fatigue and brittle fracture resistance. Purpose of research. The research suggests methods for the development of steel chemical composition and rational parameters for the class D railway wheels heat treatment (light braking conditions and high loads on axle with increased wear resistance), which will ensure realization of the AAR M-107/M-208 standard requirements. Methodology. In the laboratory, experimental meltings with different content of alloying elements are done. A complex setting consisting of closed type melting unit ICEF-0.01 and high-frequency current source HFTG-20-22 is used. Laboratory steels are subjected to hot plastic deformation and heat treatment in regimes closing to the industrial ones in the manufacture of a railway wheel. The kinetics of austenite decay during continuous cooling at different rates with dilatometric method is investigated. Mechanical properties are determined with standard methods. Results. Experimental steel is made and investigated. Railway wheels from experimental steel of the recommended chemical composition are manufactured. Scientific novelty. The regularities of the austenite decay kinetics at continuous cooling of experimental composition steel: 0.68 % C, 0.49 % Si; 0.7 % Mn; 0.77 % Cr; 0.22 % Ni; 0.069 % Mo; 0.087 % V for class D railway wheels, designed for operation in light braking conditions under high axle loads according to requirements of AAR M-107/M-208 standard are determined. The regularities of change in the austenite decay mechanism in a wide range of cooling rates are determined. Up to 1 °C/s, the austenite decay proceeds with the formation of a completely pearlitic structure. At a cooling rate of 2 °C/s, the structure is 15 % perlite, 25 % bainite, the rest is martensite and residual austenite. At cooling rates ≥ 5 °С/s the structure of martensite and residual austenite is formed. Practical significance. The recommendations for steel chemical composition and thermal strengthening technology of wheels to obtaining a high complex of class D railway wheels mechanical properties according to requirements of AAR M-107/M-208 standard are developed.