Термическое упрочнение и напряженное состояние цельнокатаных железнодорожных колес

• Автор: Миронов, Павел Федорович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Днепропетровск
• Количество страниц: 196 c. : ил

ВВЕДЕНИЕ.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ ЖЕЛЕЭДОДОРОЖШХ КОЛЕСАХ.

1.1. Термическая обработка цельнокатаных железнодорожных колес

1.2. Остаточные напряжения и конструктивная прочность колес

1.2.1. Возникновение остаточных напряжений в процессе термического упрочнения . . . .
1.2.2. Влияние остаточных напряжений на конструктивную прочность железнодорожных колес

1.2.3. Пути улучшения напряженного состояния цельнокатаных колес

1.3. Эксплуатационные нагрузки и возникающие от них напряжения в колесе .

1.3.1. Условия торможения колес и возникавшие

в них тепловые напряжения

1.3.2. Внутренние напряжения, возникающие в колесе после действия тепловых нагрузок

1.4. Методы измерения остаточных напряжений .
1.5. Расчетные способы определения внутренних напряжений
МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Изготовление опытной партии колес, их термическая обработка
2.2. Исследование структуры и комплекса свойств материала опытных колес .
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ОСТАТОЧШХ НАПРЯЖЕНИЙ.
3.1. Методика подготовки и оборудования опытных колес тензорезисторами для исследования остаточных напряжений .
3.2. Разгрузка опытных колес, оборудованных тензорезисторами от остаточных напряжений
3.3. Аппаратура и инструмент для измерений деформаций
и перемещений в колесе.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСТАТСННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
В ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕСАХ.
4.1. Результаты исследования остаточных напряжений в колесе при разгрузке круговым отделением обода
с последующими радиальными разами .
4.2. Результаты исследования остаточных напряжений
в колесах, термически обработанных по различным режимам, методом радиальной вырезки темплета с тензоре зисторами.
4.3. Расчет остаточных напряжений в цельнокатаных железнодорожных колесах.
5. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ТЕПЛОШХ НАГРУЗКАХ .
5.1. Тепловой стенд для имитации тепловых нагрузок торможения на колесо
5.2. Изучение теплового поля колеса на стенде .
5.3. Методика оборудования колес высокотемпературными тензорезисторами и средства определения деформаций и напряжений
5.4. Исследование температурных напряжений в колесе . .
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕСАХ ПОСЛЕ ТЕПЛОВОГО НАГРУЖЕНИЯ.
6.1. Методика исследования
6.2. Результаты изучения наложения теплового поля на колеса с различным уровнем остаточных технологических напряжений.
6.3. Анализ уровня и характера остаточных технологических напряжений с учетом рабочих и тепловых напряжений эксплуатации.
6.4. Изучение структуры и комплекса свойств опытных
колес после теплового нагружения.
6.5. Рентгеноструктурный анализ материала диска колес, термически обработанных по различным режимам . . .
7. ВЛИЯНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НА УСТАЛОСТНУЮ
ПРОЧНОСТЬ КОЛЕСНОЙ СТАЛИ И КОЛЕС
7.1. Исследование влияния среднего напряжения цикла
на предел усталости колесной стали .
7.2. Анализ влияния среднего напряжения цикла в критических сечениях диска на сопротивление усталости .
7.3. Стендовые испытания усталостной прочности колес с различной системой остаточных напряжений . .
осноеше швода.
ЛИТЕРАТУРА


Указанный режим отпуска сохраняет высокие значения прочности, сопротивления износу и устойчивости против усталостного контактного выкрашивания при достаточном запасе пластических свойств и ударной вязкости и обеспечивает максимальное снижение уровня остаточных напряжений. Ужесточение условий работы цельнокатаных колес обусловливает необходимость дальнейшего поиска технологических приемов, обеспечивающих снижение уровня и улучшение системы распределения остаточных напряжений в колесе, а также повышение комплекса свойств всех его элементов. Особенно много в этих разработках уделено внимания снижению уровня остаточных напряжений в цельнокатаных колесах. В патентах Германии и США предусмотрено осуществление регулируемого охлаждения обода и ступицы колес, в результате которого можно достигнуть снижения остаточных напряжений. Патент США предусматривает охлаждение поверхности катания обода односторонний отвод тепла и диска колеса. Патент США предлагает охлаждать при закалке только ступицу колеса. Патент ФРГ предлагает охлаждение массивного обода колеса жидкостью и более тонкого диска воздушным потоком, создавая примерно одинаковые скорости охлаждения. В Советском Союзе разработан процесс термической обработки колес с упрочнением обода и диска, обеспечивающий повышение предела текучести на и более чем на предела прочности материала диска. При этом повышаются значения ударной вязкости, снижается температура хрупкого разрушения. Существенно улучшается система остаточных напряжений в колесе. В США было также предложено устройство, предусматривающее упрочнение всех элементов колеса отдельными спрейерными головками. При этом ступица колеса охлаждалась только с внутренней стороны, места переходов диска в обод и ступицу не охлаждались. Разработан процесс регулируемого охлаждения элементов закаленного колеса после отпуска , позволяющий изменять систему остаточных напряжений. Таким образом, разработанные процессы . В процессе термической обработки, как правило, в изделиях возникают остаточные напряжения, величина и характер распределения которых зависит от режима термической обработки, а также от формы и материала изделия. Остаточные напряжения это напряжения, действующие в изделиях при отсутствии внешних сил. Они возникают в результате технологических процессов изготовления изделия путем отливки, прокатки, термической и механической обработки и др. Остаточные напряжения могут возникать также вследствие нагружения изделия в эксплуатации . Вследствие неоднородности нагрева и охлаждения разных зон изделия смежные микрообъемы метали в одно и то же время стремятся иметь различную величину , . Сплошность металла мешает произвольному изменению объема эти микрообъемы могут претерпеть пластическую деформацию, если действующие между ними напряжения превысят предел текучести для данного напряженного состояния. Тогда после полного охлаждения изделия деформированный ранее участок не может занять свой прежний объем, что приводит к его упругому взаимодействию с окружающими участками. Так, при неравномерном остывании цельнокатаного колеса, обусловленном сложной геометрией изделия и различными скоростями охлаждения обода, диска и ступицы, возникают большие температурные напряжения. При определенной величине температурного градиента эти напряжения превышают предел текучести металла, в результате чего происходит пластическое течение, которое приводит к возникновению поля остаточных напряжений в остывшем колесе. Если пластическое течение происходит одновременно по периметру изделия, то поле образовавшихся остаточных напряжений будет симметричным. Однако неравномерность остывания обода, диска и ступицы и неодновременность протекания фазовых превращений в отдельных участках колесной стали усложняет поле напряжений в колесе, Кроме того, при термической обработке могут возникнуть локальные искажения поля напряжений , которые у колес, повидимому, связаны с химической неоднородностью стали, дефектами сталеплавильного и прокатного происхождения и др. Сама пластическая деформация представляет собой анизотропный процесс , обусловленный упругой анизтропией кристаллов металла.