Page 35 - Міністерство освіти і науки України

33

(твердості), яке зумовлене високим вмістом вуглецю в колісній сталі, що відповідає
статистичним даним експлуатації реальних залізничних коліс. При цьому
пошкодженість однозначно корелює з циклічною в’язкістю руйнування колісної
сталі за нормального відриву (ΔK ) та поперечного зсуву (ΔK ІІ fc ). Їх можна вважати
І fc
визначальним параметром цього процесу пошкоджуваності, на відміну від порогів
втоми ΔK і ΔK ІI th .
І th
6. Оцінювання впливу хімічного складу і структурно-фазового стану
розроблюваних колісних сталей на їх роботоздатність необхідно проводити на
підставі запропонованого комплексу механічних характеристик, зокрема діаграм
конструкційної міцності і експлуатаційної надійності (патент України № 106836) та

нового параметра конструкційної міцності матеріалів P = [ ‧K ‧K ] (патент
th
В
fc
України № 105440), з урахуванням впливу експлуатаційних чинників.
7. Графітизована доевтектоїдна сталь (мас %: 0,60 С; 0,90 Mn; 1,0 Si; 1,0 Cu;
0,15 Al) після відпалу на зернистий перліт (границя міцності ~ 800 МПа) на відміну
0
від традиційних колісних сталей має найнижчу високотемпературну (>500 C)
пластичність, не схильна до окрихчення за низьких кліматичних температур (до –
40С), а негативний вплив корозивного середовища на її характеристики циклічної
тріщиностійкості відсутній. Проте її низька циклічна в’язкість руйнування (K
fc
< 40…50 МПа∙√м) не відповідає вимогам до перспективних колісних сталей.
8. Твердорозчинне зміцнення за рахунок підвищеного вмісту кремнію (до
0,97%) і марганцю (до 0,85%) за пониженого вмісту вуглецю (до 0,58%) сприяє
підвищенню опору зношуванню колісної сталі, проте обумовлює зниження її
циклічної тріщиностійкості і опору пошкоджуваності.
9. Оптимальне поєднання міцності і циклічної тріщиностійкості дисперсійно
4
зміцненої колісної сталі забезпечується за вмісту ванадію та азоту [V‧N]‧10 = 22%
та температури аустенізації 950ºС і відпуску 550ºС, що відповідає максимальному
значенню параметра конструкційної міцності матеріалів P при знижені вмісту
вуглецю з 0,63 до 0,57%. Така сталь забезпечує високий опір пошкодженості, але
низький опір зношуванню поверхні кочення модельного колеса.
10. Встановлено, що оптимальним поєднанням характеристик міцності та
циклічної тріщиностійкості, опору зношуванню і пошкоджуваності володіють
комплекснолеговані сталі з поєднанням твердорозчинного та дисперсійного
зміцнення. Рекомендовано комплекснолеговану сталь з твердорозчинним (~1% Si і
4
~1% Mn) та дисперсійним ([V‧N]‧10 = 20…25%) зміцненням за пониженого вмісту
вуглецю (0,52…0,53%) для дослідно-промислової перевірки з метою виготовлення
залізничних коліс нового покоління.

11. Підвищення циклічної тріщиностійкості зони термічного впливу ремонтної
наплавки залізничних коліс досягається формуванням у цій зоні змішаної структури
верхнього і нижнього бейніту (~66%) та мартенситу (~34%) і витримкою 2…3 год,
перериваючи охолодження сталі при 100ºС, тобто за температури між точками
початку (M ) і кінця (M ) мартенситного перетворення. Така витримка сприяє
s
f
зростанню порога втоми зразка з тріщиною в 1,6 рази, циклічної в’язкості
руйнування – в 1,8 рази за практично незмінної міцності. Це спричинено падінням в
~ 1,5 рази напружень ІІ роду в об’ємі рейок бейніту та мартенситу (патент України