Page 115 - Zmist-n4-2015

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 4. – Physicochemical Mechanics of Materials

УДК 621.791.7-4:669.539.4
СТРУКТУРА ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЗОНИ ТЕРМІЧНОГО
ВПЛИВУ ВІДНОВЛЕНИХ ЗАЛІЗНИЧНИХ КОЛІС
1 1 1
О. А. ГАЙВОРОНСЬКИЙ , В. Д. ПОЗНЯКОВ , Л. І. МАРКАШОВА ,
2
1
1
2
О. П. ОСТАШ , В. В. КУЛИК , Т. О. АЛЕКСЕЄНКО , О. С. ШИШКЕВИЧ
1
Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, Київ;
2
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
За результатами дослідження впливу термічної обробки сталі 65Г, яка моделює тер-
модеформаційний цикл відновлювального наплавлення залізничних коліс, встанов-
лено, що підвищити опірність крихкому руйнуванню металу колеса в зоні термічно-
го впливу до рівня основного металу можна формуванням у ній бейнітно-мартенсит-
ної структури і витримкою 2…3 h при 100°С під час його охолодження після нап-
лавлення. Така витримка сприяє зростанню пластичності металу в 1,8 рази, ударної
в’язкості – в 2–3 рази, порога втоми зразка з тріщиною – в 1,6 рази, циклічної в’яз-
кості руйнування – в 1,8 рази за практично незмінної міцності. Це спричинено па-
дінням в ~ 1,5 рази напружень ІІ роду і локальних деформацій в об’ємі рейок бей-
ніту та мартенситу.
Ключові слова: залізничне колесо, електродугове наплавлення, зона термічного
впливу, низькотемпературна термічна обробка, структурно-фазові параметри,
механічні властивості.
Суцільнокатані колеса вантажного залізничного транспорту, бандажі коліс
локомотивів і трамваїв виготовляють в Україні з високоміцних сталей з вмістом
вуглецю 0,55…0,70%. Основними легувальними елементами тут є марганець (до
1,20%) та кремній (до 0,60%). Колеса піддають термічній обробці, отримуючи
перлітно-феритну структуру металу з такими механічними характеристиками:
границя міцності за статичного розтягу s B ≥ 900 МРа; відносні видовження та
2
звуження відповідно d 5 ≥ 8% і y ≥ 14%; ударна в’язкість KCU +20 ≥ 15 J/cm [1, 2].
Під час тривалої експлуатації колеса зношуються і їх профіль відновлюють
електродуговим наплавленням [3, 4]. Встановлено, що після цього в зоні терміч-
ного впливу (ЗТВ) колеса залежно від швидкості охолодження формується струк-
тура, яка обумовлює підвищену міцність і схильність до крихкого руйнування
металу ЗТВ: s B = 940…1280 МРа, s 0,2 = 600…920 МРа, d 5 ≤ 5%, y ≤ 13%,
2
KCU +20 ≤ 7 J/cm [3, 4]. При цьому за вмісту вуглецю в сталі 0,58% і структури
верхнього бейніту (B U) статична в’язкість K 1С = 23 МРа× m . Виявлено [5], що
для досягнення вищої опірності крихкому руйнуванню (K 1С ≥ 35 МРа× m ) необ-
хідно забезпечити умови, коли в металі ЗТВ сформується бейнітно-мартенситна
структура без верхнього бейніту, а частка мартенситу (M) не перевищуватиме
кількості нижнього бейніту (B L), тобто М/B L < 1. Але навіть тоді опірність крих-
кому руйнуванню ЗТВ в 1,5 рази нижча, ніж основного металу колеса.
Щоб підвищити якість металу, застосовують вакуумування, протифлокенову
обробку (витримка виробу при 150…350°С), низький відпуск упродовж декількох
годин при 200…250°С або високий при 600…650°С тощо [2, 6]. Головною метою
цих технологічних операцій є дегазація виробу і релаксація термічних напружень

Контактна особа: В. В. КУЛИК, e-mail: kulyk@ipm.lviv.ua
114