Разработка ультразвукового метода количественной оценки структуры металла осей колесных пар

• Автор: Кадикова, Милица Борисовна
• Шифр специальности: 05.02.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Анализ методов оценки зернистости металла и постановка задач исследований

1.1 Обзор основных этапов формирования структуры металлов и методов изготовления осей колесных пар
1.2 Анализ методик экспериментальной оценки зернистости металла ультразвуковым методом

1.3 Анализ моделей расчета затухания ультразвука в поли кристаллических средах

1.4 Постановка задач исследований

Г лава 2 Обоснование количественных критериев классификации металла по зернистости

2.1 Анализ закона распределения зерен металла по размерам

2.2 Определение коэффициента анизотропии поликристалла доэвтектоидной стали
Выводы по главе
Глава 3 Исследования ультразвукового метода оценки зернистости металла
3.1 Обоснование количества рабочих частот
3.2 Создание метода
3.3 Исследование факторов, влияющих на результаты контроля
3.4 Метрологическое обеспечение метода измерений
3.5 Экспериментальная проверка метода Выводы по главе


Глава 4 Разработка методики оценки зернистости металла осей
коленных пар
4.1 Анализ макро- и микроструктуры металла осей колесных пар
4.2 Исследования влияния конструктивных особенностей оси
4.3 Создание методики
4.4 Экспериментальная проверка методики
Выводы по главе
Глава 5 Обоснование функциональных решений аппаратуры и
технологии контроля
5.1 Принципы создания аппаратуры реализующей метод
5.2 Технология оценки зернистости металла осей
Выводы по главе
Основные выводы и результаты работы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
К числу основных элементов конструкции железнодорожного подвижного состава, непосредственно влияющих на безопасность движения, относятся оси колесных пар подвижного состава. На сети российских железных дорог эксплуатируется более 4,5 млн. осей. Эксплуатационная надежность оси зависит, в частности, от структуры металла. Существующие требования к структуре определены ГОСТ 31334-2007, в котором указано, что «микроструктура осей должна быть однородной, величина зерна не крупнее номера 5».
Металлографические исследования позволяют контролировать структуру только выборочно, поэтому стандарт требует стопроцентного обязательного ультразвукового контроля структуры осей. Национальные и европейские нормы, а также документы ОАО «РЖД» регламентируют две методики ультразвукового контроля, которые обеспечивают обнаружение осей с весьма крупной или непостоянной по длине структурой, однако, не позволяют количественно оценивать зернистость металла и, таким образом, полно проверять соответствие осей требованиям ГОСТ. Несовершенство методик приводит с одной стороны к тому, что оси с неудовлетворительной структурой попадают в эксплуатацию, а с другой - к неоправданной отбраковке весьма значительного числа осей при ремонте подвижного состава в ремонтных предприятиях (в 2006 году изъято из эксплуатации более ‘70 тысяч вагонных осей, забракованных по структуре). При этом ежегодно имеются случаи изломов осей в пути следования.
Повышение гарантий качества металла новых осей и объективности оценки эксплуатационной надежности осей при их ремонте будет способствовать обеспечению безопасности движения на железнодорожном транспорте и исключению необоснованного сокращения сроков эксплуатации колесных пар подвижного состава. Изложенное обуславливает актуальность совершенствования методов неразрушающего контроля с целью количественной оценки структуры металла осей колесных пар.

поликристалла и определяются по упругим модулям монокристаллов на основании соотношений:
Ц = Сц — С12 — 2 С44 , У — си + — 2(с13 + 2с42 ) >
С12~СП
(1.6)
X - св сп ,л с44
Коэффициент рассеяния поперечных волн:
кубическая система решетки:
§ —К *4 /1 п
01~175Р2СГ (1'7)
Теория И.М. Лифшица и Г. Д. Пархомовского строилась в предположении малой упругой анизотропии отдельных кристаллитов металла и основывалась на приближенном решении тензорных уравнений, описывающих распространение ультразвуковых волн в поликристаллической среде. Авторами был до конца проделан вывод для коэффициентов рассеяния ультразвука в металлах с кубической системой решетки. В их решении налагаются следующие ограничения:
• Анизотропия зерен должна быть малой, то есть угловая вариация модуля должна быть много меньше, чем среднее значение самого модуля.
• Преимущественная ориентация должна отсутствовать.
• Зерна принимаются равноосными.
• Материал должен иметь однофазные монокристаллические зерна
и не содержать пустот и включений.
Решение задачи проведено для двух случаев соотношения между Ли О, а именно: Л >2лЭ и Л<2яО.
Теория И.М. Лифшица и Г.Д. Пархомовского и теория Мэзона в количественном отношении давали резко не согласующиеся результаты. Так, вычисленные по обеим теориям коэффициенты затухания звука (за счет рассеяния) для некоторых металлов отличались почти в 30 раз.
Экспериментальные измерения затухания высокочастотного ультразвука проводились Мэзоном и Ротом [34]. Хотя оба автора работали в