Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ К КОМПЛЕКСУ СВОЙСТВ ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС 9
1.1. Тенденция ужесточения условий эксплуатации подвижного состава железнодорожного транспорта 9
1.2. Задача повышения уровня прочностных свойств ободьев колес II
1.3. Обеспечение высокой конструктивной прочности и надежности колес в эксплуатации 18
1.4. Выводы. Общие задачи работы 24
2. ШТЕРНА Л И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ 26
2.1. Выводы 47
3. РАЗРАБОТКА РШМ0В ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПРОЧНОСТИ ОБОДЬЕВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС 50
3.1. Состояние вопроса. Задачи исследований 50
3.2. Исследование кинетики фазовых превращений колесной стали при непрерывном охлаждении 54
3.3. Теоретический расчет скоростей охлаждения различных слоев обода колеса 63
3.4. Разработка технологии термоупрочнения, повышающей уровень прочности внутренних слоев обода 69
3.4.1. Исследование влияния параметров термоупрочнения на скорости охлаждения и
уровень прочности обода 69
3.4.2. Опробование на натурных колесах схемы упрочнения обода с увеличенной зоной
охлаждения его боковых граней 84
3.5. Повышение прочности ободьев путем индивидуального "подстуживания" колес после термоупрочнения 92
3.5.1. Анализ факторов, вызывающих снижение прочностных свойств термоупрочненных колес
3.5.2. Опробование технологии индивидуального "подстуживания" колес перед отпуском 100
3.6. Термическая обработка опытных партий колес по разработанным режимам, исследование их комплекса свойств и напряженного состояния 104
3.7. Выводы 117
4. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОШШЕНИЯ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРСЯНОС ТИ КОЛЕС ПУТЕМ ХОЛОДЦОМ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАІЩИ ДИСКА 120
4.1. Постановка задачи и обоснование выбранного направления 120
4.2. Разработка и опробование способа холодной деформации диска для повышения конструктивной прочности колес 122
4.3. Выводы 128
5. ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ, ТМІЕРАТУШ ДЕФОРМАЦИИ И ПОСЛЕ СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СРВДЕВУГЛЕРОДИСШХ СТАЛЕЙ 130
5.1. Состояние вопроса и задачи исследований 130
5.2. Влияние малых пластических деформаций на изменение структуры и свойств среднеуглеродистых сталей 139
5.3. Изменение структуры и свойств при отпуске холоднодеформированных среднеуглеродистых сталей 149
5.4. Влияние теплой деформации и отпуска на структуру и свойства среднеуглеродистых сталей 165
5.5. Влияние холодной пластической деформации и последующего отпуска на комплекс свойств диска железнодорожного колеса J-79
5.6. Выводы 185
6.1. Выпуск опытно-промышленных партий колес 188
6.2. Исследование комплекса механических свойств ободьев и дисков 192
6.3. Исследование наряженного состояния и копровой прочности колес 199
6.4. Исследование дисков на сопротивление усталости 203
6.5. Выводы 209
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 211
ЛИТЕРАТУРА 217
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
В своем выступлении на IX съезде Советов В.И.Ленин назвал транспорт "одной из главнейших баз всей нашей экономики"/ I /. Актуальность этого ленинского определения значительно возросла в последнее время в связи с все более интенсивными темпами роста народного хозяйства СССР и развитием новых центров промышленности на Востоке и Севере нашей страны.
За годы десятой пятилетки построено примерно 3400 км новых дорог и уложено 4000 км вторых путей, грузооборот железнодорожного транспорта увеличился до 3950 млрд.ткм, или примерно на 22 % а пассажирооборот - до 360 млрд.пассажиро-км, или на 15 % / 2 /.
В настоящее время в Советском Союзе на долю железнодорожного транспорта приходится почти три четверти внутреннего грузооборота страны и половина пассажироперевозок / 3 /. Эксплуатационная длина железных дорог в СССР составляет 142 тыс.км, или II % от общей протяженности железных дорог мира. В то же время на железных дорогах Советского Союза осуществляется примерно 53 % грузооборота мирового железнодорожного транспорта / 4 /. Грузонапряженность на железных дорогах СССР в 5-6 раз выше, чем на дорогах США, в 10-12 раз выше, чем на дорогах Западной Европы / 3 /.
На ХХУІ съезде КПСС в докладе Н.А.Тихонова "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" большое внимание уделено развитию железнодорожного транспорта. Освоение комплекса мер, предусмотренных пятилетним планом по развитию и усовершенствованию провозной и пропускной способностей железных дорог, увеличит на железнодорожном транспорте грузооборот на 14-15 % и пассажирооборот на 9 % / 5 /.
Интенсификация работы железнодорожного транспорта и его продвижение в районы Сибири и Крайнего Севера ставят задачу коренного повышения качества цельнокатаных железнодорожных колес, являющихся необрессоренными ходовыми частями и поэтому непосредственно воспринимающих на себя всю сложную систему нагрузок от взаимодействий с рельсами. Новые условия работы подвижного состава требуют значительного повышения прочностных свойств обода при одновременном обеспечении благоприятной для эксплуатации системы остаточных напряжений, существенным образом влияющей на конструктивную прочность железнодорожных колес.
Ужесточение условий эксплуатации железнодорожного транспорта, обусловленное, кроме уже указанных факторов, значительным повышением в последние годы нагрузок на ось и скоростей движения всех видов подвижного состава, вызывает существенный рост статических и особенно динамических нагрузок на железнодорожное колесо. Необратимость тенденции дальнейшего ужесточения условий эксплуатации обусловила актуальность выполненных в настоящей работе исследований по разработке процессов изготовления цельнокатаных железнодорожных колес повышенной прочности.
Уменьшение интенсивности износа колесных пар - один из резервов повышения эффективности работы железнодорожного транспорта. Поэтому улучшение качественных показателей и служебных характеристик такого крупносерийного изделия металлургической промышленности, как цельнокатаные железнодорожные колеса -задача народнохозяйственного значения. Улучшать технико-экономические свойства продукции, решительно проводить линию на улучшение качества металла - задача, поставленная перед черной металлургией ХХУІ съездом КПСС / 5 /.
При этом одним из наиболее эффективных путей повышения ка 7 чества стальных изделий и в частности, железнодорожных колес, является их термическая обработка. Рациональное применение новых процессов термической обработки - наиболее экономичный путь увеличения их износостойкости и конструктивной прочности.
Настоящая работа посвящена решению следующего комплекса вопросов: исследованию кинетики фазовых превращений аустенита среднеуглеродистой колесной стали при непрерывном охлаждении; теоретическим и экспериментальным исследованиям влияния параметров термического упрочнения обода на скорости охлаждения различных его слоев и получаемый уровень прочности; практическим разработкам процессов термической обработки, повышающих уровень прочностных свойств обода; исследованию изменений структуры и свойств среднеуглеродистых сталей в результате малых степеней их деформации при комнатной и повышенной температурах, а также последующего отпуска; разработке процесса изменения напряженного состояния колеса и повышения его конструктивной прочности деформацией диска с последующим отпуском; исследованию свойств колес и их напряженного состояния после такой обработки; разработке методики определения сопротивления усталости материала приободной части диска на полунатурных образцах.
В результате проведенных в настоящей работе исследований разработаны научные основы и созданы технологические процессы термической обработки, обеспечивающие существенное повышение прочностных свойств обода и, как следствие, повышение его износостойкости в эксплуатации, определен оптимальный уровень требований к содержанию углерода в колесной стали, разработан новый способ повышения конструктивной прочности и надежности колес как для существующих, так и для перспективных условий эксплуатации.
Исходя из этого, на защиту выносятся следующие основные положения: - результаты исследования кинетики фазовых превращений аустенита среднеуглеродистой колесной стали при непрерывном охлаждении;
- данные теоретических и экспериментальных исследований о влиянии параметров термического упрочнения на комплекс свойств цельнокатаных колес;
- новые процессы термической обработки, обеспечивающие повышение прочности по всему сечению обода колеса;
- результаты исследований изменения структуры и свойств среднеуглеродистых сталей, подвергнутых холодной и теплой деформации малых степеней, а также последующему отпуску;
- новый способ повышения конструктивной прочности колеса и изменения его напряженного состояния путем деформирования диска с последующим отпуском;
- новая методика усталостных испытаний полунатурных образцов из колес.
