Page 42 - Міністерство освіти і науки України

40

и циклическую вязкость разрушения K стандартных колесных сталей марок 2 и Т
fc
незначительное, а склонность к низкотемпературному охрупчиванию возрастает с
повышением содержания углерода в стали. Установлено, что при воздействии
термосиловых факторов в зоне контакта при торможении, когда перлитная
структура трансформируется в мартенситную, исходные сжимающие остаточные
напряжения ІІ рода меняются на растягивающие тем сильнее, чем выше содержание
углерода в стали и скорость ее охлаждения. Показано, что повреждаемость

поверхности катания модельных колес при контактно-циклическом нагружении
пары колесо-рельс возрастает с повышением прочности (твердости), что
обусловлено высоким содержанием углерода в колесной стали. При этом
поврежденность однозначно коррелирует с циклической вязкостью разрушения
стали при нормальном отрыве (ΔK ) и поперечном сдвиге (ΔK ІІ fc ). Их можно
І fc
считать определяющими для процесса повреждаемости, в отличие от порогов
усталости ΔK и ΔK ІI th .
І th
Для оценки работоспособности колесных сталей предложено использовать
высокотемпературное (500-800ºС) значения их относительного удлинения, которое
характеризует склонность к образованию ползунов на поверхности катания, и
диаграмму эксплуатационной надежности – зависимость между сопротивлением
повреждаемости и сопротивлением износу, которая комплексно характеризует
склонность сталей к образованию выщербин на поверхности катания колес.
Основываясь на диаграммах конструкционной прочности и эксплуатационной
надежности установлено, что оптимальным сочетанием характеристик прочности и
циклической трещиностойкости, сопротивления износу и повреждаемости обладают
комплексно легированные стали с сочетанием твердорастворного (при повышенном
содержании Si i Mn) и дисперсионного (после микролегирования V i N) упрочнения.
Рекомендовано комплекснолегированная сталь с твердорастворным (~ 1% Si и ~ 1%
4
Mn) и дисперсионным ([V‧N]‧10 = 20…25%) упрочнением при пониженном
содержании углерода (0,52...0,53%) для опытно промышленной проверки с целью
изготовления железнодорожных колес нового поколения.
Показано, что повышение циклической трещиностойкости зоны термического
влияния ремонтной наплавки железнодорожных колес достигается формированием
в этой зоне смешанной структуры верхнего и нижнего бейнита (~ 66%) и мартенсита
(~ 34%) и выдержкой 2...3 ч, прерывая охлаждение стали при 100ºС, т. е. при
температуре между точками начала (M ) и конца (M ) мартенситного превращения.
s
f
Ключевые слова: стали высокопрочных железнодорожных колес, дефекты
поверхности катания, циклическая трещиностойкость, твердорастворное и
дисперсионное упрочнение, эксплуатационная надежность, восстановление
поверхности катания.

ABSTRACT

Kulyk V.V. Development of the concept for high-strength wheel steels creating. –
Manuscript.
Thesis for the Doctor’s degree of Engineering Sciences in the specialty 05.02.01 –
Materials Science. – Karpenko Physico-Mechanical Institute of the National Academy of