Спосіб оцінювання роботоздатності колісних сталей

Реферат: Винахід належить до способів оцінювання роботоздатності колісних сталей. У способі будують діаграму експлуатаційної надійності - залежність між характеристиками циклічної тріщиностійкостї і зносостійкості, які визначають за стандартними методиками, і за діаграмою вибирають оптимальний варіант сталі. Винахід дозволяє здійснити експрес-оцінку ресурсу залізничних коліс без проведення довготривалих натурних випробувань. UA 106836 C2 (12) UA 106836 C2 UA 106836 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід стосується способів оцінювання роботоздатності колісних сталей з урахуванням впливу експлуатаційних факторів, які зумовлюють стоншення товщини ободу залізничних коліс за рахунок експлуатаційного зносу і внаслідок репрофілювання (обточування) для усунення дефектів на поверхні кочення. Відомий спосіб базується на визначенні таких механічних характеристик: границі текучості і міцності, відносне видовження і звуження, твердість, ударна в'язкість, статична в'язкість руйнування, рівень залишкових напружень [1, 2]. Недоліком відомого способу є те, що міцність і твердість не завжди є визначальними для оцінки зносостійкості. Близьким до запропонованого способу є оцінка зносостійкості сталей. Вона побудована на методі визначення зносу шляхом зважування та вимірювання зміни лінійних розмірів стандартних зразків колісних сталей [3, 4]. Недоліком цього способу є те, що для об'єктивної та повної оцінки ресурсу залізничних коліс потрібно враховувати не тільки характеристики колісних сталей, які визначають зносостійкість коліс, а й їх опірність тріщиноутворенню за умов контактної втоми для запобігання формуванню дефектів (вищербин) на поверхні кочення, що визначає циклічна тріщиностійкість матеріалу. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб оцінювання роботоздатності колісних сталей на основі діаграм конструкційної міцності [5], які встановлюють зв'язок між характеристиками міцності і тріщиностійкості при циклічному навантаженні. Характеристики циклічної тріщиностійкості визначають на стандартних зразках з колісних сталей [6]. Недоліком цього способу є те, що за цього підходу не враховують роботоздатність колісних сталей за критерієм зношування. Задачею запропонованого способу є оцінювання роботоздатності колісних сталей на підставі комплексних діаграм експлуатаційної надійності. Задача досягається тим, що роботоздатність сталей залізничних коліс оцінюють комплексно за опором зношуванню і тріщиноутворенню (вищерблюванню) на поверхні кочення, ґрунтуючись на діаграмі експлуатаційної надійності колісних сталей. Такі діаграми являють собою залежність між циклічною в'язкістю руйнування K f c і опором зношуванню 1/ m ( m втрата маси) зразків колісних сталей, які визначають за стандартними методиками. На підставі діаграм вибирають оптимальний варіант колісної сталі, що відповідає положенню, максимально наближеному до правого верхнього кута цієї діаграми. На кресленні представлено діаграму експлуатаційної надійності колісних сталей залежність між циклічною в'язкістю руйнування K f c і опором зношуванню 1/ m ( m - втрата маси) для зразків колісних сталей: 1 - сталь марки 2; 2 - сталь марки Т; 3 - модифікований варіант сталі марки Т; 4 - експериментальні варіанти колісної сталі з карбонітридним зміцненням; 5 - графітизована сталь. Розглянемо приклад реалізації запропонованого способу оцінювання роботоздатності сталей високоміцних залізничних коліс. Для кандидатних колісних сталей проводять випробування при циклічному навантаженні компактних зразків згідно стандартизованої методики [6] з визначенням циклічної в'язкості руйнування K f c , при якій відбувається 5 спонтанне руйнування зразка або K f c  K 10 - розмах коефіцієнта інтенсивності напружень 45 50 55 K за швидкості росту тріщини da / dN  10 5 м/цикл. Також проводять випробування на зношування згідно стандартів [3, 4], використовуючи метод зважування (або вимірювання зміни лінійних розмірів) для визначення втрати маси m  m0  m , де m0 - початкова маса зразка, m - маса зразка після випробування. Базуючись на цих даних, будують діаграму експлуатаційної надійності колісних сталей, яка являє собою залежність між параметрами K f c та 1/ m . Оптимальний варіант колісної сталі повинен відповідати положенню, максимально наближеному до правого верхнього кута цієї діаграми. Цю умову задовольняє графітизована сталь (креслення). Запропонований спосіб є універсальним методом оцінки роботоздатності колісних сталей, за допомогою якого можна обґрунтовано прогнозувати ресурс залізничних коліс без проведення довготривалих та дороговартісних натурних випробувань. Джерела інформації: 1. ДСТУГОСТ10791-2006 Колеса суцільнокатані. Технічні умови. 2. ГОСТ 10791-2011 Колеса цельнокатаные. Технические условия. 3. ГОСТ 30480-97 Обеспечение износостойкости изделий. Методы испытаний на износостойкость. Общие требования. 4. ГОСТ27860-88 Детали трущихся сопряжений. Методы измерения износа. 1 UA 106836 C2 5 5. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. - М.: Металлургия, 1979. 176 с. 6. РД 50-345-82 Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости при циклическом нагружении. Методические указания. - М.: МЦНТИ, 1993. 54 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб оцінювання роботоздатності колісних сталей, в якому ресурсні характеристики колісних сталей визначають, використовуючи дані їх тріщиностійкості, який відрізняється тим, що роботоздатність колісних сталей оцінюють комплексно за опором зношуванню і тріщиностійкістю поверхні кочення, ґрунтуючись на діаграмі експлуатаційної надійності колісних сталей, яку будують як залежність між опором зношуванню 1/ m ( m - втрата маси) і циклічною в'язкістю руйнування K f c зразків колісних сталей, які визначають за стандартними методиками, при цьому оптимальним варіантом колісної сталі вибирають ту, що відповідає положенню, максимально наближеному до правого верхнього кута цієї діаграми. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2