Page 3 - Міністерство освіти і науки України

1

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення осьового навантаження та швидкості руху
залізничного транспорту вимагає створення високоміцних колісних сталей,
забезпечуючи надійність і довговічність залізничних коліс. Зменшення зношування їх
поверхні кочення донедавна було однією з найважливіших задач цієї проблеми, яку у
світовій практиці вирішували шляхом розроблення вуглецевих низьколегованих
сталей з підвищеними вмістом вуглецю (0,6…0,7%), твердістю (> 300 HB) і границею
міцності (> 1000 МПа). Проте досвід експлуатації таких високоміцних коліс показав,
що на їх поверхні кочення суттєво зростає кількість експлуатаційних пошкоджень
(повзунів, вищербин тощо), що обумовлює зменшення терміну експлуатації коліс та
необхідність дороговартісного репрофілювання (обточування) їх ободу.
Дефекти на поверхні кочення коліс спричинені у першу чергу зародженням і
ростом поверхневих і підповерхневих тріщин внаслідок контактної втоми металу, а
також тріщиноутворенням внаслідок зміни структури і фазового складу за термічного
впливу на метал під час гальмування і руху на поворотах. В загальному, це є
результатом впливу підвищеного вмісту вуглецю в таких колісних сталях на її
схильність до мартенситного перетворення. Тому сталі для залізничних коліс нового
покоління повинні бути високоміцними за зниженого вмісту вуглецю, мати високу

тріщиностійкість за статичного (K ), динамічного (K , KCV) і циклічного (K , K )
th
ID
IC
fc
навантажень, володіти підвищеною термічною стабільністю структурно-фазового
складу і механічних властивостей. Оскільки колеса сприймають переважно циклічні
навантаження, то перевагу потрібно надавати характеристикам циклічної
тріщиностійкості колісних сталей. В результаті колісні сталі з підвищеним ресурсом
експлуатації повинні оптимально поєднувати високі характеристики зносостійкості і
опору утворенню пошкоджень на поверхні їх кочення. Проте така методологія на
сьогодні відсутня у науковій та інженерній практиці.
Негативний вплив зменшення вмісту вуглецю на міцність колісних сталей
повинен бути компенсований їх додатковим легуванням. Використання для цього
легування хромом, молібденом і нікелем є проблематичним, оскільки зумовлює
високу вартість сталі. Доцільніше використовувати підвищений вміст кремнію та
марганцю (сприяє твердорозчинному зміцненню та зменшенню чутливості до
термічного впливу і контактної втоми) і мікролегування ванадієм та азотом (сприяє
дисперсійному зміцненню завдяки утворенню нітридів та карбонітридів, які
гальмують процес рекристалізації, забезпечуючи структурне зміцнення сталі). Дані
про структуру і ресурсні характеристики таких комплексно легованих сталей в
літературі практично відсутні.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу
виконано у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України та
Національному університеті «Львівська політехніка» МОН України у рамках
бюджетних тем згідно з тематичними планами НАН України: “Оптимізація
властивостей та технології одержання високоміцного металопрокату для
залізничного транспорту” (№ держреєстрації 0107U004063, 2007-2011 рр);
“Оптимізація структурно-фазового стану і характеристик циклічної