Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса
Виявлено, що інтенсивне охолодження зі швидкостями 2…9°С/s ободу колеса після його гарячого обтискування на прокатному стані збільшує границі текучості і міцності металу. Встановлено, що за відсутності пересичення твердого розчину атомами вуглецю під час такого охолодження механічні характеристики...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136255 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса / І.О. Вакуленко // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 80-82. — Бібліогр.: 6 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-136255 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1362552018-06-17T03:13:31Z Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса Вакуленко, І.О. Виявлено, що інтенсивне охолодження зі швидкостями 2…9°С/s ободу колеса після його гарячого обтискування на прокатному стані збільшує границі текучості і міцності металу. Встановлено, що за відсутності пересичення твердого розчину атомами вуглецю під час такого охолодження механічні характеристики вуглецевої сталі визначають винятково внутрішні напруження від фазового наклепу фериту в перліті і стан меж ферит–цементит. Выявлено, что ускоренное охлаждение со скоростями 2…9°С/s обода колеса после его горячего обжатия на прокатном стане сопровождается увеличением пределов текучести и прочности металла. Установлено, что при отсутствии пересыщения твердого раствора атомами углерода при таком охлаждении механические характеристики углеродистой стали определяются исключительно внутренними напряжениями от фазового наклепа феррита в перлите и состоянием границ феррит–цементит. It is shown that the change of the cooling rate velocity in the range of 2…9°С/s for a wheel rim after hot rolling causes an increase in the metal yield and ultimate strength. It is established that after rapid cooling the supersaturation of the solid solution by carbon atoms is absent and the mechanical properties of carbon steel are determined solely by the internal stresses due to ferrite phase hardening and the state of the ferrite–cementite grain boundaries. 2015 Article Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса / І.О. Вакуленко // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 80-82. — Бібліогр.: 6 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136255 669.017:621.78:539.4:621.771.29 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Виявлено, що інтенсивне охолодження зі швидкостями 2…9°С/s ободу колеса після
його гарячого обтискування на прокатному стані збільшує границі текучості і міцності металу. Встановлено, що за відсутності пересичення твердого розчину атомами вуглецю під час такого охолодження механічні характеристики вуглецевої сталі
визначають винятково внутрішні напруження від фазового наклепу фериту в перліті
і стан меж ферит–цементит. |
| format |
Article |
| author |
Вакуленко, І.О. |
| spellingShingle |
Вакуленко, І.О. Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Вакуленко, І.О. |
| author_sort |
Вакуленко, І.О. |
| title |
Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса |
| title_short |
Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса |
| title_full |
Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса |
| title_fullStr |
Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса |
| title_full_unstemmed |
Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса |
| title_sort |
вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/136255 |
| citation_txt |
Вплив швидкості охолодження на міцність ободу залізничного колеса / І.О. Вакуленко // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 80-82. — Бібліогр.: 6 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT vakulenkoío vplivšvidkostíoholodžennânamícnístʹoboduzalízničnogokolesa |
| first_indexed |
2025-07-10T00:59:59Z |
| last_indexed |
2025-07-10T00:59:59Z |
| _version_ |
1837219657934700544 |
| fulltext |
80
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 6. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 669.017:621.78:539.4:621.771.29
ВПЛИВ ШВИДКОСТІ ОХОЛОДЖЕННЯ НА МІЦНІСТЬ
ОБОДУ ЗАЛІЗНИЧНОГО КОЛЕСА
І. О. ВАКУЛЕНКО
Дніпропетровський національний університет залізничного
транспорту ім. академіка В. Лазаряна
Виявлено, що інтенсивне охолодження зі швидкостями 2…9°С/s ободу колеса після
його гарячого обтискування на прокатному стані збільшує границі текучості і міц-
ності металу. Встановлено, що за відсутності пересичення твердого розчину атома-
ми вуглецю під час такого охолодження механічні характеристики вуглецевої сталі
визначають винятково внутрішні напруження від фазового наклепу фериту в перліті
і стан меж ферит–цементит.
Ключові слова: колісна сталь, швидкість охолодження, перліт, ферит, міцність,
дислокація.
За інтенсивного охолодження ободу залізничного колеса під час його термо-
механічної обробки значення швидкості охолодження на різних відстанях від по-
верхні кочення знаходяться в інтервалі 2…9°С/s, що відповідає області структур-
них перетворень у сталях за дифузійним механізмом. За цих умов температура
початку реакції перетворення аустеніту в перліт зсувається на 40…50°С [1]. Змі-
на температурного інтервалу початку перлітного перетворення проявляється в за-
кономірностях структуроутворення вуглецевої сталі. Проте встановлено, що за
вказаного інтервалу зміни швидкості охолодження співвідношення між структур-
ними складниками (об’ємні частки структурно вільного фериту і перлітних коло-
ній) залишилося практично незмінним, хоча границі текучості і міцності сталі
можуть зростати на 20…30% [1]. Тобто зміну механічних характеристик, ймовір-
но, спричиняють інші особливості її структури.
Мета цього дослідження – проаналізувати вплив швидкості охолодження на
морфологію структури і міцність сталі в ободі колеса після гарячого обтискуван-
ня на прокатному стані.
Матеріал і методика. Зразки у вигляді пластин товщиною 3 mm вирізали з
різних зон ободу колеса зі сталі марки 2 (0,58% C; 0,65 Si; 0,45 Mn; 0,0029 S;
0,014 P та 0,11% Cr) після гарячого обтискування заготовки на колесопрокатному
стані. Механічні характеристики (границі текучості σ0,2 і міцності σB) визначали
за розтягу зі швидкістю деформації 10–3 s–1, а морфологію, об’ємні частки фазо-
вих складників, їх розмірні характеристики – використовуючи методики кількіс-
ної металографії [2].
Результати та їх обговорення. Встановили, що як і в праці [1], співвідно-
шення об’ємних часток перліту і структурно вільного фериту після інтенсивного
охолодження в досліджуваному інтервалі швидкостей охолодження (V) практич-
но незмінне. Характеристики міцності залежать від дисперсності перлітної струк-
тури. Виявили (рис. 1) обернено пропорційну залежність між механічними влас-
тивостями сталі та міжпластинчастою відстанню в перліті (λ). Аналіз наведених
Контактна особа: І. О. ВАКУЛЕНКО, e-mail: dnuzt_texmat@ukr.net
81
залежностей свідчить, що зі збільшенням швидкості охолодження від 2 до 9°С/s
значення σ0,2 і σB зростають на ∼160МPа.
Рис. 1. Залежність міжпластинчастої
відстані в перліті (а), границь текучості (b)
і міцності (c) від швидкості охолодження
металу ободу колеса.
Fig. 1. Dependence of ferrite interlamellar
thickness in pearlite (a), yield (b)
and ultimate (c) strength on cooling rate
of a wheel rim metal.
Відомо [3], що границю текучості
вуглецевої сталі залежно від розміру
структурного елемента визначає довжи-
на вільного пробігу дислокацій. Якщо в
низьковуглецевих сталях з феритною
структурою вона здебільш збігається з
розміром зерна фериту, то для перліт-
них структур картина дещо інша. Обу-
мовлено це тим, що довжина вільного
пробігу дислокацій (∆) під час розпов-
сюдження пластичної деформації в пер-
літі перевищує товщину феритного прошарку. Дослідженнями стійких смуг ков-
зання у феритних прошарках перлітних колоній визначили, що ∆ = 4,75λ, тобто
вона дійсно суттєво перевищує товщину феритного прошарку в перліті [3].
Рис. 2. Вплив довжини вільного пробігу
дислокації у феритному прошарку перлітної
колонії на границі текучості (�)
і міцності (�) сталі колеса
за різної швидкості охолодження.
Fig. 2. Influence of a dislocation free path
distance in pearlitic colony ferrite layer
on the yield (�) and ultimate (�) strength
of wheel steel under different cooling rate.
Отримані залежності характеристик міцності колісної сталі від довжини
вільного пробігу дислокацій (рис. 2) підпорядковуються рівнянню типу Хола–
Петча [4]:
σ0,2; σB = σi + ky∆–0,5 ,
де σi і ky – напруження тертя кристалічної ґратки фериту перлітної колонії і куто-
вий коефіцієнт, які залежать від стану твердого розчину (концентрації атомів вуг-
лецю в твердому розчині) та міжфазних границь поділу. За одержаними даними
(рис. 2) визначили ky ≈ 32 MPa·mm0,5, σi ≈ 100 MPa.
Для більшості вуглецевих сталей з феритно-перлітною структурою σi ≈
≈ 70…90 MPa [3, 5, 6]. Тому отримане значення σi ≈ 100 MPa узгоджується з літе-
ратурними і підтверджує відсутність впливу пересичення фериту перлітної коло-
нії атомами вуглецю на міцність після термомеханічної обробки.
82
Встановлене значення ky ≈ 32 MPa·mm0,5 суттєвіше відрізняється від відомих
20…22 MPa·mm0,5, розрахованих для більшості вуглецевих та низьколегованих
сталей з феритними і перлітними структурами [3, 4]. Підвищувати величину ky
можуть внутрішні напруження від фазового наклепу зі зниженням температури
початку перлітного перетворення [4]. Це підтверджують результати рентгеност-
руктурного аналізу. Зі зростанням швидкості охолодження ободу залізничного
колеса від 2 до 9°С/s ширина рентгенівської лінії (220) збільшується від 14,8 до
18,7 mrad, що свідчить про формування внутрішніх напружень від фазового нак-
лепу в фериті перлітної колонії. Таким чином, зміну характеристик міцності га-
рячедеформованої вуглецевої сталі залежно від швидкості охолодження визнача-
ють стан міжфазових меж і внутрішні напруження від фазового наклепу за роз-
витку перлітної реакції.
ВИСНОВКИ
Зі збільшенням швидкості охолодження ободу суцільнокатаного залізнично-
го колеса від 2 до 9°С/s після його гарячого обтискування пересичення фериту
перлітної колонії атомами вуглецю практично відсутнє. Ріст характеристик міц-
ності колісної сталі визначають внутрішні напруження від фазового наклепу і
стан міжфазових меж перлітних колоній.
РЕЗЮМЕ. Выявлено, что ускоренное охлаждение со скоростями 2…9°С/s обода ко-
леса после его горячего обжатия на прокатном стане сопровождается увеличением преде-
лов текучести и прочности металла. Установлено, что при отсутствии пересыщения твер-
дого раствора атомами углерода при таком охлаждении механические характеристики уг-
леродистой стали определяются исключительно внутренними напряжениями от фазового
наклепа феррита в перлите и состоянием границ феррит–цементит.
SUMMARY. It is shown that the change of the cooling rate velocity in the range of
2…9°С/s for a wheel rim after hot rolling causes an increase in the metal yield and ultimate
strength. It is established that after rapid cooling the supersaturation of the solid solution by
carbon atoms is absent and the mechanical properties of carbon steel are determined solely by
the internal stresses due to ferrite phase hardening and the state of the ferrite–cementite grain
boundaries.
1. Кинетика распада переохлажденного аустенита стали для железнодорожных колес
при непрерывном охлаждении / А. И. Бабаченко, А. В. Кныш, А. А. Кононенко и др. //
Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. тр. – Днепропетровск:
ГВУЗ “Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры
(ПГАСА)”, 2014. – Вып. 73. – С. 65–69.
2. Вакуленко І. О. Структурний аналіз в матеріалознавстві. – Дніпропетровськ: Изд-во
Маковецький Ю. В., 2010. – 124 с.
3. Гриднев В. Н., Гаврилюк В. Г., Мешков Ю. Я. Прочность и пластичность холодноде-
формированной стали. – К.: Наук. думка, 1974. – 232 с.
4. Вакуленко И. А., Большаков В. И. Морфология структуры и деформационное упрочне-
ние стали. – Днепропетровск: Изд-во Маковецкий Ю. В., 2008. – 196 с.
5. Crist B. W. and Smith G. V. Comparison of the Hall–Petch parameters of zone-refined iron
determined by the grain size and extrapolation methods // Acta Met. – 1967. – 15, № 5.
– P. 809–816.
6. Rosenfield A. R. The significance of σі the friction stress contribution to the yield point of
b.c.c. metals // J. Inst. Met. – 1962–1963. – 91. – P. 104–117.
Одержано 27.05.2015
|