Підвищення експлуатаційної безпеки елементів колісних пар на основі визначення механізмів формування дефектів (дисертація)
Loading...
Date
2015
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
UKR: Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей зміни структурного стану, механічних властивостей сталей залізничних коліс, локомотивних бандажів та вісей колісних пар залежно від умов експлуатації та технології виготовлення. Досліджено хімічні, механічні властивості вуглецевих сталей для виготовлення коліс, бандажів та вісей. Базуючись на методи й методики, стало можливим оцінити зміну внутрішньої будови сталей залізничних коліс, бандажів та вісей в залежності від ступеня зовнішніх впливань, які можуть сприяти зародженню ушкоджень.Визначено, що мікротріщина, яка зароджена на міжфазній межі неметалеве включення-феритна складова структури вуглецевої сталі, розповсюджується у напрямку локально зниженого опору металу. Підвищення локалізації пластичної течії вуглецевої сталі при збільшенні розміру зерна фериту являє собою один із чинників, який знижує межу міцності при втомі. Проведений аналіз зміни внутрішньої будови вуглецевих сталей з урахуванням ступеня розігріву від поверхні кочення показав, що пропорційно градієнту температур виникають внутрішні напруження, які в місцях з низьким опором металу приводять до формування зародків руйнування. Враховуючи, що протікання втомних явищ в металі обумовлене незворотними структурними змінами, такими як поступове накопичення дефектів кристалічної будови, можливість зниження їх приросту дозволить підвищити ресурс роботи елементів рухомого складу.
RUS: Диссертационная работа посвящена установлению закономерностей изменения структурного состояния, механических свойств сталей железнодорожных колес, локомотивных бандажей и осей колесных пар в зависимости от условий эксплуатации и технологии изготовления. Исследованы химические, механические свойства углеродных сталей для изготовления колес, бандажей и осей. Базируясь на методы и методики, стало возможным оценить изменение внутреннего строения сталей железнодорожных колес, бандажей и осей в зависимости от степени внешних влияний, которые могут способствовать зарождению повреждений. Определено, что микротрещина, которая зарождена на межфазном границе неметаллическое включение-ферритная составляющая структуры углеродной стали, распространяется в направлении локально сниженного сопротивления металла. Повышение локализации пластического течения углеродной стали при увеличении размера зерна феррита являет собой один из факторов, который снижает предел прочности при усталости. Рост предела прочности при усталости колесных сталей при увеличении дисперсности перлитной колонии обусловлен увеличением отношения критического раскрытия растущей трещины к межкарбидному расстоянию. Проведенный анализ изменения внутреннего строения углеродных сталей с учетом степени разогрева от поверхности качения показал, что пропорционально градиенту температур возникают внутренние напряжения, которые в местах с низким сопротивлением металла приводят к формирования зародышей разрушения. На основании изучения случаев преждевременно изъятия железнодорожных колес из эксплуатации определено, что наиболее частой причиной формирования дефектов, является развитие процессов контактной усталости металла. Учитывая, что протекание усталостных явлений в металле обусловлено необратимыми структурными изменениями, такими как постепенное накопление дефектов кристаллического строения, возможность снижения их прироста позволит повысить ресурс работы элементов подвижного состава. В подавляющем большинстве разрушение обода обусловлено формированием усталостных трещин разного происхождения (циклическое изменение действующих напряжений в элементах колеса, температурные влияния и др.). Предложенная методика определения периодичности контроля профиля бандажа и проведении ремонта будет способствовать его рациональному использованию, повышая ресурс работы и эксплуатационную безопасность.
ENG: Dissertation work is devoted establishment of conformities to the law of change of the structural state, mechanical properties steels of railway wheels, locomotive bracers, ax of wheelpairs depending on external and technology of making environments. The chemical, mechanical properties of carbon steel for the manufacture of wheels, tires and axles. Based on methods and techniques, it was possible to evaluate the change in internal structure of steel railway wheels, tires and axles depending on the external vplyvan that may contribute to birth injuries. Determined that the cracks that born-interfaces on the verge of non-metallic inclusion, ferrite component structure of carbon steel, extends towards the local low resistance metal. Increasing localization of plastic flow of carbon steel with increasing ferrite grain size is one of the factors that limit reduces fatigue strength. The analysis of changes in the internal structure of carbon steel based on heating degree roll surface showed that the proportion temperature gradient arising internal stresses that in places with low resistance metal lead to the formation of embryos destruction. Whereas the occurrence of fatigue phenomena in metals caused irreversible structural changes, such as the gradual accumulation of defects in the crystal structure, the ability to reduce their growth will increase the life of the items of rolling stock.
RUS: Диссертационная работа посвящена установлению закономерностей изменения структурного состояния, механических свойств сталей железнодорожных колес, локомотивных бандажей и осей колесных пар в зависимости от условий эксплуатации и технологии изготовления. Исследованы химические, механические свойства углеродных сталей для изготовления колес, бандажей и осей. Базируясь на методы и методики, стало возможным оценить изменение внутреннего строения сталей железнодорожных колес, бандажей и осей в зависимости от степени внешних влияний, которые могут способствовать зарождению повреждений. Определено, что микротрещина, которая зарождена на межфазном границе неметаллическое включение-ферритная составляющая структуры углеродной стали, распространяется в направлении локально сниженного сопротивления металла. Повышение локализации пластического течения углеродной стали при увеличении размера зерна феррита являет собой один из факторов, который снижает предел прочности при усталости. Рост предела прочности при усталости колесных сталей при увеличении дисперсности перлитной колонии обусловлен увеличением отношения критического раскрытия растущей трещины к межкарбидному расстоянию. Проведенный анализ изменения внутреннего строения углеродных сталей с учетом степени разогрева от поверхности качения показал, что пропорционально градиенту температур возникают внутренние напряжения, которые в местах с низким сопротивлением металла приводят к формирования зародышей разрушения. На основании изучения случаев преждевременно изъятия железнодорожных колес из эксплуатации определено, что наиболее частой причиной формирования дефектов, является развитие процессов контактной усталости металла. Учитывая, что протекание усталостных явлений в металле обусловлено необратимыми структурными изменениями, такими как постепенное накопление дефектов кристаллического строения, возможность снижения их прироста позволит повысить ресурс работы элементов подвижного состава. В подавляющем большинстве разрушение обода обусловлено формированием усталостных трещин разного происхождения (циклическое изменение действующих напряжений в элементах колеса, температурные влияния и др.). Предложенная методика определения периодичности контроля профиля бандажа и проведении ремонта будет способствовать его рациональному использованию, повышая ресурс работы и эксплуатационную безопасность.
ENG: Dissertation work is devoted establishment of conformities to the law of change of the structural state, mechanical properties steels of railway wheels, locomotive bracers, ax of wheelpairs depending on external and technology of making environments. The chemical, mechanical properties of carbon steel for the manufacture of wheels, tires and axles. Based on methods and techniques, it was possible to evaluate the change in internal structure of steel railway wheels, tires and axles depending on the external vplyvan that may contribute to birth injuries. Determined that the cracks that born-interfaces on the verge of non-metallic inclusion, ferrite component structure of carbon steel, extends towards the local low resistance metal. Increasing localization of plastic flow of carbon steel with increasing ferrite grain size is one of the factors that limit reduces fatigue strength. The analysis of changes in the internal structure of carbon steel based on heating degree roll surface showed that the proportion temperature gradient arising internal stresses that in places with low resistance metal lead to the formation of embryos destruction. Whereas the occurrence of fatigue phenomena in metals caused irreversible structural changes, such as the gradual accumulation of defects in the crystal structure, the ability to reduce their growth will increase the life of the items of rolling stock.
Description
М. Грищенко: ORCID 0000-0002-0091-1387
Захист – 22 жовтня 2015 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Захист – 22 жовтня 2015 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Keywords
залізничні колеса, бандажі, вісі, мікроструктура, пошкодження, втома, руйнування, железнодорожные колеса, бандажи, оси, микроструктура, повреждение, усталость, разрушение, railway wheels, bracers, axes, microstructure, damage, fatigue, destruction, КТМ
Citation
Грищенко М. А. Підвищення експлуатаційної безпеки елементів колісних пар на основі визначення механізмів формування дефектів : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.20. Дніпропетровськ, 2015. 172 с.