Исследование рентгеновским методом влияния остаточных напряжений в цельнокатаных вагонных колесах на повышение их качества

• Автор: Шиткин, Сергей Львович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Остаточные напряжения в цельнокатаных вагонных колесах и их влияние на эксплуатационную надежность.
1.1. Остаточные поверхностные напряжения в цельнокатаных колесах после механической обработки
1.2. Влияние напряжений в цельнокатаных вагонных колесах на эксплуатационную безопасность.

1.3. Обзор исследований остаточных напряжений в цельнокатаных колесах

1.4. Расчетные и неразрушающие методы определения напряжнного состояния цельнокатаных колс

1.4.1 Расчеты внутренних и поверхностных напряжений в цельнокатаных колесах

1.4.2. Определение временных эксплуатационных напряжений при тен

зометрических испытаниях.

1.4.3 Неразрушающие методы определения остаточных напряжений в

цельнокатаных колесах

Выводы по главе
Глава 2 Теоретическое обоснование рентгеновского метода измерения поверхностных остаточных напряжений. Основные требования к измеряемой поверхности.
2.1. Методика определения поверхностных напряжений в цельнокатаных колесах рентгеновским методом
2.2. Влияние поверхности на результаты определения напряжений рентгеновским методом
2.3. Принцип работы рентгеновского измерительного комплекса
Выводы по главе
Глава 3 Исследование напряжений в цельнокатаных колесах при их производстве.
3.1. Исследование распределения поверхностных напряжений в цельнокатаныхколесах
3.2. Измерения остаточных напряжений на ободьях колс
Выводы по главе
Глава 4 Исследование напряжений в цельнокатаных колесах в эксплуатации.
4.1. Влияние асимметрии распределения поверхностных напряжений в цельнокатаных колесах на образование трещин в процессе эксплуатации
4.1.1. Влияние амплитуды асимметрии напряжений на возникновение недопустимых напряжений при эксплуатации колес.
4.2.2. Влияние асимметрии напряжений на развитие усталостных трещин
4.2.3. Влияние нарушений режима термической обработки на асимметрию напряжений и возникновение усталостных трещин
4.2. Измерение поверхностных напряжений диска колеса рентгеновским способом под нагрузкой.
4.2.2 Исследование поверхностных напряжений колеса с плоскоконическим диском
4.2.2 Исследование поверхностных напряжений колеса с криволинейным диском
Выводы по главе
Глава 5 Экономический эффект от проведению дополнительных операций неразрушающего контроля остаточных напряжений
Выводы по главе
Выводы.
Научная новизна
Практическая ценность диссертационной работы.
Литература


Поскольку в наклепанном образце все напряжения уравновешиваются, то под поверхностным слоем сжимающих напряжений, на еще большей глубине находится подслой с растягивающими напряжениями , так что при растяжении в этой части сечения деформация начинается раньше. При измерении остаточных напряжений дробеупрочненной поверхности необходимо учитывать, что в дробеупрочненном слое поверхностные напряжения ад, вызванные дробенаклепом, накладываются на напряжения, созданные предварительной термической обработкой. Учитывая небольшую глубину дробенаклепанного слоя порядка 1 мм, на полученные после дробенаклепа сжимающие напряжения будут прямым образом оказывать влияние подповерхностные слои, напряженное состояние которых определено термообработкой колеса. Наклепанный слой будет растягиваться или сжиматься остаточными напряжениями находящейся под ним основной массы металла. Исследования возникновения первых усталостных трещин в зоне концентрации сжимающих напряжений упрочненной поверхности металлических деталей под воздействием циклической нагрузки привели к выводу, что при определенных условиях пластическая деформация может не только полностью снять сжимающие напряжения, но и привести к возникновению остаточных напряжений растяжения на упрочненной поверхности. Это объясняется тем, что при достижении предела текучести при сжатии за счет суммирования остаточных сжимающих напряжений и эксплуатационных нагрузок происходит пластическая деформация поверхностного слоя, который приобретает растяжение за счет упругого распрямления после снятия нагрузки более глубинных неупрочненных подповерхностных слоев металла основной массы колеса. Таким образом, чрезмерные сжимающие нагрузки для дробенаклепанной поверхности колеса могут привести к потере ее свойств. Влияние напряжений в цельнокатаных вагонных колесах на эксплуатационную безопасность. Конструктивная прочность цельнокатаных колес, их стойкость против износа и контактных усталостных повреждений в значительной мере определяется их термической обработкой, включающей в себя закалку и последующий отпуск I. Большое различие в скоростях охлаждения поверхностных и серединных слоев в процессе закалки приводит к образованию в ободе значительных напряжений, ответственных за формирование остаточных напряжений в колесе. Остаточные напряжения входят как значительная по величине составляющая в среднее напряжение цикла при циклических эксплуатационных нагрузках. Среди основных проблем, в которых негативно проявляются суммарные напряжения, являются повреждения диска и обода колеса в процессе эксплуатации. Обод колеса является элементом, непосредственно контактирующим с рельсовым путем и воспринимающим значительную долю внешних механических и тепловых воздействий. Это обуславливает его наибольшую повреждаемость в эксплуатации по сравнению с другими элементами колеса. В эксплуатации наибольшее число трещин и изломов возникает в диске . Причины таких изломов заключаются как в качестве дисков, имеющие различные поверхностные дефекты, являющиеся концентраторами напряжений прокатные плены, раскатные загрязнения, морщинистость поверхности и др. Как показывает практика, преобладающим видом эксплуатационных разрушений колс является усталостное при этом оно наиболее часто развивается от очага на внутренней поверхности диска на расстоянии мм от обода и не связанно с наличием дефектов изготовления колес 6. При достижении критического размера они переходят в обод, вызывая хрупкий долом последнего. Характер разрушения колес и концентрическое расположение трещин свидетельствует о том, что наиболее опасными для прочности диска являются напряжения в радиальном направлении. Рис. Уровень остаточных напряжений, как технологических, так и возникающих при перегрузках, оказывает сильнейшее влияние на циклическую долговечность диска колеса . С увеличением скоростей движения значительно возрастают напряжения ударного характера, обусловленные наличием неровностей на поверхности катания как колеса, так и рельса. Наличие дефекта увеличивает пиковую нагрузку в зоне его расположения, вертикальные силы, действующие на колесо в зоне короткой неровности, могут значительно превосходить статическую нагрузку и в ряде доходить до .