Особенности структурообразования в среднеуглеродистых сталях при плазменном поверхностном упрочнении и их влияние на сопротивляемость контактно-усталостным нагрузкам.

• Автор: Балановский, Андрей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 267 с. : 227 ил.

Оглавление
Введение

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ АНАЛИЗ ВОПРОСОВ

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В ПАРЕ ТРЕНИЯ КОЛЕСО-РЕЛЬС

1.1. Объект и предмет исследования

1.2.Проблемы колеса и рельса на разных этапах развития железных дорог

1.2.1. Исторические факты по колесным сталям

1.2.2. Анализ нормативной документации по колесным сталям

1.2.3.Технология производства железнодорожных колес, структура и свойства

1.3. Колесные и бандажные стали в Европе

1.4. Перспективные отечественные марки сталей для железнодорожных колес

1.5. Срок службы железнодорожных колес
1.5.1 .Формулирование требования к поверхностному слою колесной и рельсовой стали
1.6. Технологические способы обработки колеса с целью продления срока службы
1.6.1. Наплавка колесных пар
1.6.2. Поверхностные способы упрочнения колесной пары
1.7. Анализ литературных источников по рельсовым сталям
1.7.1 Закалка рельсов ТВЧ
1.7.2. Бейнитные рельсовые стали
1.8. Состояние вопроса с рельсовой сталью в России
1.9. Выводы по анализу литературных источников
1.10. Постановка цели и задач исследований
1.10.1. Оборудование и методы исследования
Список литературы к первой главе
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ АУСТЕНИТА В СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ
ПРИ МЕДЛЕННОМ И СВЕРХБЫСТРОМ НАГРЕВЕ
2.1. История вопроса
2.2 Анализ работ по моделированию механизма фазовых превращений в сталях

2.3. Метод молекулярной динамики для моделирования фазовых превращений в среднеуглеродистых сталях
2.3.1. Метод молекулярной динамики
2.3.2. Методы моделирования взаимодействия плазменного источника нагрева с молекулярными системами
2.3.3. Методы моделирования взаимодействия плазменной
струи (дуги) с металлами
2.3.4. Граничные условия: волны давления и теплопроводность
2.4. МД моделирование фазовых превращений при плазменном нагреве
2.4.1. Предпосылки для построения модели
2.4.2. Проблема полиморфных превращений в железе
2.4.3. МД-моделирование фазовых превращений среднеуглеродистых сталей
Выводы по главе
Список литературы к главе
Глава 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ (ДУГИ) НА ПОВЕРХНОСТНЫЙ
СЛОЙ МЕТАЛЛА
3.1. Тепловые процессы и материалы при плазменном нагреве
3.1.1. Моделирование температурного поля в поверхностном слое
3.2. Фазовые и структурные превращения при плазменном нагреве металлов
3.2.1. Общие вопросы теории упрочнения сталей с феррита-перлитной структурой
3.2.2. Влияние скорости нагрева на величину зерна аустенита
3.2.3. Диллатометрические исследования фазовых превращений
3.2.4. Процессы гомогенизации аустенита при плазменном упрочнении
3.2.5. Исследования стадия а—>у - превращения при плазменном упрочнении
3.2.6. Исследования стадии охлаждения поверхностного слоя
3.3. Особенности плазменного поверхностного нагрева и охлаждения среднеуглеродистых сталей
Выводы по главе
Список литературы к главе
Глава 4. СТРУКТУРЫ УПРОЧНЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ
Выводы по главе
Список литературы к главе

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ КОЛЕСНОЙ И РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ
Выводы по главе
Список литературы к главе
Глава 6. КЛАССИФИКАЦИЯ, ЭВОЛЮЦИЯ, САМООРГАНИЗАЦИЯ ДИСЛОКАЦИОННЫХ СТРУКТУР В КОЛЕСНОЙ И РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ В ПРОЦЕССЕ НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ
Выводы по главе
Список литературы к главе
Глава 7. ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ КОНТАКТНЫМ НАГРУЗКАМ И ТРЕНИЮ СТРУКТУР ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОСЛЕ ПЛАЗМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ
7.1 .Электронно-микроскопические исследования структур в условиях нагружения
7.2. Оценка сопротивления пластической деформации
7.3. Исследование износостойкости структур поверхностного слоя
Выводы по главе
Список литературы к главе
Глава 8. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ
8.1. Физические процессы в электродуговых плазмотронах
8.2. Требования, предъявляемые к плазмотронам для поверхностного упрочнения
8.3. Основные узлы и конструкции плазмотронов
8.4. Исследование триботехнических свойств гребней колесных пар подвижного состава после, плазменного упрочнения
Список литературы к главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Приложение

0,5 % С; 0,3 % менее 0,05 % Р; менее 0,05 % 5; разрывное усилие стали 70-90 кг/мм2; относительное удлинение 12-7%; предел упругости 35-50 кг /мм» (Мартенс, 1928-1937, т. 3, с. 80-85).
Представленные выше сведения из истории производства колесных пар могут показаться излишними, но это только на первый взгляд. Ценность данной информации заключается в том, что имеется практический опыт успешной эксплуатации колесных пар с твердыми структурными составляющими, которые обеспечивали повышенную сопротивляемость контактным нагрузкам и трению.
1.2.2. Анализ нормативной документации по колесным сталям
В настоящее время для изготовления колес используются различные марки стали, которые отличаются содержанием углерода и легирующих элементов [12]. Однако общая элементная формула (углерод, марганец, кремний) осталась прежней и даже практически сохранен процентный состав. В ОАО «РЖД» используются колеса различных типов: для грузовых, пассажирских вагонов -цельнокатаные, для локомотивов - бандажированные (табл. 1.1, 1.2). Согласно ГОСТ 10791-89 механические свойства колесной стали марки 2 следующие:
- относительное удлинение - не менее 8 %;
- твердость на поверхности - 280-290 НВ;
- твердость на глубине 30 мм - не менее 255 НВ;
- предел прочности - 911-1107 МПА;
- предел текучести 540-640 МПА.
Микроструктура стали (в состоянии поставки) имеет структуру сорбита закалки и феррита в виде сетки по границам зерен. Согласно ГОСТ 398-96, бандажная сталь имеет перлито-ферритную микроструктуру (рис. 1.13), поверхностная твердость 280-2995 НВ, на глубине 300 мм - не менее 260 НВ.
Таблица 1.
Химический состав колесных сталей различных производителей
Элемент Страны
Россия Китай Швеция США, Канада, Бразилия Австралия
Г рузовые Марка 2 гост- 10791-89 Бандажная сталь ГОСТ
С 0,55-0,65 0,57-0,65 0,55-0,65 0,67-0,72 0,67-0,77 0,67-0,
Мп 0,50-0,90 0,5-0,6 0,50-0,80 0,73-0,85 0,60-0,85 0,60-0,
Si 0,22-0,45 0,2-0,4 0,15 max 0,20-0,40 0,15 max 0,15 max
s 0,040 шах 0,040 max 0,050 max 0,020 max 0,050 max 0,050 max
р 0,035 шах 0,035 max 0,050 max 0,020 max 0,050 max 0,050 max
Cr -0,2 max
V -0,1 max
Ni -0,25 max
Cu -0,3 max