Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей
Досліджено вплив високих температур (до 800°С) на механічні характеристики середньо- і високоміцних колісних сталей. Показано, що нижча температура аустенізації і стрімкіший ріст пластичності, зумовлений розчиненням карбідів і карбонітридів ванадію у високоміцній сталі, то сприятливіші умови утворен...
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2011
|
| Schriftenreihe: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138970 |
| 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: | Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей / І.М. Андрейко, В.В. Кулик // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 1. — С. 113-115. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-138970 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1389702018-06-20T03:11:36Z Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей Андрейко, І.М. Кулик, В.В. Короткі повідомлення Досліджено вплив високих температур (до 800°С) на механічні характеристики середньо- і високоміцних колісних сталей. Показано, що нижча температура аустенізації і стрімкіший ріст пластичності, зумовлений розчиненням карбідів і карбонітридів ванадію у високоміцній сталі, то сприятливіші умови утворення дефектів типу повзун на поверхні кочення високоміцних коліс (типу КП-Т) порівняно зі середньоміцними (типу КП-2). Исследовано влияние высоких температур (до 800°С) на механические свойства средне- и высокопрочных колесных сталей. Показано, что чем ниже температура аустенизации и более стремительный рост пластичности, обусловленный растворимостью карбидов и карбонитридов ванадия в высокопрочной стали, тем более благоприятные условия образования дефектов типа ползун на поверхности катания высокопрочных колес (типа КП-Т) по сравнению с среднепрочными (типа КП-2). The influence of high temperatures (to 800°С) on mechanical characteristics of medium- and high-strength wheel steels is investigated. It is shown that the lower is the austenitization temperature and more sweep increase of plasticity, caused by vanadium carbides and carbonitrides solution in high-strength steel, the more favourable are the conditions of “slide-block” defects formation on the rolling surface of high-strength wheels (type KП-Т) to compare to medium-strength ones (type KП-2). 2011 Article Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей / І.М. Андрейко, В.В. Кулик // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 1. — С. 113-115. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. 0430-6252 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138970 539.424:669.018.294 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 |
| topic |
Короткі повідомлення Короткі повідомлення |
| spellingShingle |
Короткі повідомлення Короткі повідомлення Андрейко, І.М. Кулик, В.В. Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| description |
Досліджено вплив високих температур (до 800°С) на механічні характеристики середньо- і високоміцних колісних сталей. Показано, що нижча температура аустенізації і стрімкіший ріст пластичності, зумовлений розчиненням карбідів і карбонітридів ванадію у високоміцній сталі, то сприятливіші умови утворення дефектів типу повзун на поверхні кочення високоміцних коліс (типу КП-Т) порівняно зі середньоміцними (типу КП-2). |
| format |
Article |
| author |
Андрейко, І.М. Кулик, В.В. |
| author_facet |
Андрейко, І.М. Кулик, В.В. |
| author_sort |
Андрейко, І.М. |
| title |
Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей |
| title_short |
Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей |
| title_full |
Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей |
| title_fullStr |
Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей |
| title_full_unstemmed |
Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей |
| title_sort |
температурна залежність механічних характеристик колісних сталей |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Короткі повідомлення |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138970 |
| citation_txt |
Температурна залежність механічних характеристик колісних сталей / І.М. Андрейко, В.В. Кулик // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — Т. 47, № 1. — С. 113-115. — Бібліогр.: 7 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT andrejkoím temperaturnazaležnístʹmehaníčnihharakteristikkolísnihstalej AT kulikvv temperaturnazaležnístʹmehaníčnihharakteristikkolísnihstalej |
| first_indexed |
2025-07-10T07:26:36Z |
| last_indexed |
2025-07-10T07:26:36Z |
| _version_ |
1837243989611249664 |
| fulltext |
113
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2011. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 539.424:669.018.294
ТЕМПЕРАТУРНА ЗАЛЕЖНІСТЬ МЕХАНІЧНИХ
ХАРАКТЕРИСТИК КОЛІСНИХ СТАЛЕЙ
І. М. АНДРЕЙКО, В. В. КУЛИК
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Досліджено вплив високих температур (до 800°С) на механічні характеристики се-
редньо- і високоміцних колісних сталей. Показано, що нижча температура аустені-
зації і стрімкіший ріст пластичності, зумовлений розчиненням карбідів і карбонітри-
дів ванадію у високоміцній сталі, то сприятливіші умови утворення дефектів типу
повзун на поверхні кочення високоміцних коліс (типу КП-Т) порівняно зі середньо-
міцними (типу КП-2).
Ключові слова: сталі залізничних коліс, висока температура, міцність, пластич-
ність.
За останні кілька десятиліть зросли тоннажність та швидкість перевезень на за-
лізничному транспорті, проте якість коліс не змінювалася, що призвело до збільшен-
ня випадків руйнування колеса від зношування і втомних пошкоджень [1]. Експлуа-
тація недавно запроваджених в Україні високоміцних залізничних коліс (типу КП-Т)
на заміну середньоміцних (типу КП-2) показує, що їх довговічність за критерієм зно-
сотривкості вища [2]. Однак при цьому, за даними Укрзалізниці, у низці випадків ви-
сокоміцні колеса передчасно знімали з експлуатації через утворення на поверхні ко-
чення дефектів типу повзун або вищербина [3] внаслідок термічного впливу та цик-
лічного контактного навантаження, обумовленого, в першу чергу, гальмуванням [4, 5].
Зростання навантаження на вісь від 16 до 24 тонн спричинює ріст максимально-
го тиску в плямі контакту під час кочення колеса рейкою від 1010 до 1240 МPа, при
цьому площа контакту збільшується від 155 до 192 mm2 [6]. У випадку проковзуван-
ня колеса рейкою за високих контактних напружень відбувається суттєвий локальний
тепловий нагрів. Показано [4], що під час гальмування поїзда зі швидкістю 0,36 km/h
(0,1 m/s) за навантаження на вісь 14 тонн пік температури (920°С) в зоні контакту
перевищує температуру аустенізації і досягається він за проміжок часу 0,1 s. Отже, на
поверхні кочення колеса під час його проковзування рейкою формується аустенітний
шар, що зминається внаслідок пониження механічних властивостей сталі, і утворю-
ється повзун.
Мета роботи – порівняти механічні характеристики сталей високо- та середньо-
міцних залізничних коліс залежно від температури випробування.
Матеріал і методика випробувань. Досліджували зразки високоміцної коліс-
ної сталі за ТУ У 35.2-23365425-600 наступного хімічного складу (mass.%): 0,66 С;
0,79 Mn; 0,33 Si; 0,2 Cr; 0,105 V; 0,018 P; 0,20 Cu; 0,12 Ni; 0,006 Ti; 0,018 Al; 0,009 S,
вирізані з колеса дослідно-промислового виробництва типу КП-Т [2]. Для порівняння
даних випробували зразки середньоміцної сталі (0,58% С; 0,64% Mn; 0,34% Si), вирі-
зані з колеса поточного виробництва типу КП-2 (ГОСТ 10791-2006). Дослідні колеса
пройшли зміцнювальну термообробку, шляхом прискореного охолодження ободу на
вертикальній гартівній машині з наступним відпуском за технологією, прийнятою на
ВАТ “ІНТЕРПАЙП НТЗ” [2].
Контактна особа: В. В. КУЛИК, e-mail: kulyk@ipm.lviv.ua
114
Короткочасну міцність і пластичність визначали на п’ятикратних циліндричних
зразках з діаметром робочої частини 3 mm за температур від 20 до 800°С. Зразки ви-
різали із зон ободів залізничних коліс, максимально наближених до поверхні кочення.
Результати досліджень та їх обговорення. Отримані температурні залежності
границь міцності σB і текучості σ0,2 колісних сталей можна розділити на три ділянки
(див. таблицю, графіки a, b на рисунку): в інтервалі температур випробувань від кім-
натної до 300°С, від 300 до 700°С та від 700°С і вище. На першій і третій ділянках
маємо тенденцію, коли механічні характеристики мало залежать від температури ви-
пробовування, на другій спостерігаємо їх традиційне зниження з підвищенням темпе-
ратури. При цьому відзначимо деякі особливості. Починаючи з температури 300°С,
зниження границь міцності і особливо текучості (див. графік а на рисунку) пришвид-
шене для сталі високоміцного колеса, так що з досягненням температури випробову-
вання близько 700°С вони стають співмірними з відповідними характеристиками ста-
лі середньоміцного колеса. Границі міцності і текучості сталей середньо- та високо-
міцного коліс знижуються в 8–11 і 7–12 разів відповідно. Початок пришвидшеного
зниження границі текучості порівняно з границею міцності для обох досліджуваних
сталей у температурному діапазоні 300…400°С співпадає з максимумом температур-
ної залежності відносного видовження δ (див. графік с на рисунку). При цьому зміна
відносного видовження для обох сталей є не настільки однозначна, як вищенаведені
Залежність границі міцності (а), границі текучості (b), відносного видовження (с)
від температури випробувань: 1 – сталь високоміцного колеса; 2 – середньоміцного.
Dependence of ultimate strength (a), yield strength (b), elongation (с)
on testing temperature: 1 – high-strength wheel steel; 2 – medium-strength.
Зміна механічних характеристик колісних сталей
середньо- (чисельник) та високоміцного (знаменник) коліс
σB σ0,2 Температура випробування,
°С МPа
δ,
%
20 1020 / 1177 626 / 1017 16 / 13
300 1018 / 1176 570 / 923 25 / 18
350 899 / 1080 559 / 845 34 / 28
400 759 / 958 524 / 774 24 / 20
500 472 / 681 350 / 581 25 / 21
600 268 / 322 210 / 268 43 / 63
650 192 / 206 145 / 174 50 / 84
700 119 / 106 93 / 84 64 / 96
800 81 / 70 68 / 52 71 / 99
115
залежності границь міцності і текучості. Окрім максимуму, за температури 350°С,
при 500…525°С починається стрімке зростання відносного видовження, особливо
для сталі високоміцного колеса. Якщо до температури випробувань 550°С високоміц-
на сталь за пластичністю поступається середньоміцній на 4%, то в подальшому зі
зростанням температури до 800°С вже переважає на 42% (див. графік с на рисунку).
Загалом відносне видовження зросло у 4,5 і 7,8 рази відповідно для сталей середньо-
та високоміцного коліс. Така зміна механічних властивостей досліджуваних сталей
обумовлена, в першу чергу, різним вмістом вуглецю в сталях високо- та середньо-
міцного коліс, який становить 0,66 та 0,58% відповідно, і відтак, визначає нижчу тем-
пературу аустенізації високоміцної сталі. Стрімкіше зростання пластичності сталі
високоміцного колеса, починаючи з температури 500°С, може бути обумовлене її
структурно-фазовим станом. Саме за температури відпуску 500…550°С у сталі висо-
коміцного колеса, мікролегованій ванадієм, відбувається дисперсійне зміцнення [7].
Повторне нагрівання до цієї температури може призвести до розчинення карбідів та
карбонітридів ванадію у цій сталі, що сприятиме її пластифікації.
ВИСНОВОК
Отримані температурні залежності механічних характеристик досліджуваних
сталей свідчать, що за умов екстрених гальмувань, коли в зоні контакту відбувається
суттєве підвищення температури матеріалу, для високоміцних коліс (КП-Т) є сприят-
ливіші умови утворення дефектів типу повзун на поверхні кочення порівняно зі се-
редньоміцними (КП-2).
РЕЗЮМЕ. Исследовано влияние высоких температур (до 800°С) на механические
свойства средне- и высокопрочных колесных сталей. Показано, что чем ниже температура
аустенизации и более стремительный рост пластичности, обусловленный растворимостью
карбидов и карбонитридов ванадия в высокопрочной стали, тем более благоприятные
условия образования дефектов типа ползун на поверхности катания высокопрочных колес
(типа КП-Т) по сравнению с среднепрочными (типа КП-2).
SUMMARY. The influence of high temperatures (to 800°С) on mechanical characteristics
of medium- and high-strength wheel steels is investigated. It is shown that the lower is the
austenitization temperature and more sweep increase of plasticity, caused by vanadium carbides
and carbonitrides solution in high-strength steel, the more favourable are the conditions of
“slide-block” defects formation on the rolling surface of high-strength wheels (type KП-Т) to
compare to medium-strength ones (type KП-2).
1. Stevenot G., Demille F. L’innovation dans les roués ferroviates et l’volution des march’s
// Revue Generale des Chemins de Fer. – 2002. – № 5. – P. 33–39.
2. Научная разработка и производственная реализация технологии микролегирования и
термоупрочнения высокоизносостойких железнодорожных цельнокатаных колес
/ И. Г. Узлов, К. И. Узлов, О. Н. Перков, А. В. Кныш // Фундаментальные и приклад-
ные проблемы черной металлургии. Сб. науч. тр. – 2004. – Вып. 7. – С. 231–243.
3. Гаврилюк О. Ф. Безпека руху: шляхи вирішення проблем // Неразрушающий контроль.
– 2009. – № 1. – С. 9–17.
4. Frictinal heat-introduced phase transformation on train wheel surface / Su Hang, Pat Tao,
Li Li, et al. // J. of Iron and Steel Research International. – 2008. – 15(5). – P. 49–56.
5. Ahlstrom J. and Karlsson B. Microstructural evaluation and interpretation of the mechanical-
ly and thermally affected zone under railway wheel flats // Wear. – 1999. – 232. – P. 1–14.
6. Zakharov S. M. and Goryacheva I. G. Rolling contact fatigue defects in freight car wheels
// Wear. – 2005. – 258. – P.1142–1147.
7. Книш А. В. Розробка та освоєння технологічних параметрів зміцнюючої обробки ви-
сокозносостійких залізничних коліс: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Дніпропет-
ровськ, 2008. – 19 с.
Одержано 09.08.2010
|