В статье рассмотрены проблемы эксплуатации серийных локомотивных бандажей по ГОСТ 398 - 2010 под грузовыми электровозами нового поколения с асинхронным тяговым приводом серии 2ЭС10, связанные с низким ресурсом бандажей, а также их недостаточной надежностью с точки зрения повреждаемости трещинами. Показано, что фактический уровень механических свойств и особенно прочностных характеристик бандажной стали марки «2» по ГОСТ 398 - 2010 является недостаточным и не соответствует более жестким условиям нагружения бандажа в эксплуатации, связанным с увеличенной мощностью локомотива и реализацией повышенного коэффициента сцепления бандажа с рельсом. С целью повышения ресурса и надежности бандажей разработаны и испытаны в лабораторных условиях три варианта опытных среднелегированных бандажных сталей с различным содержанием углерода и легирующих элементов, обеспечивающих повышенный комплекс механических свойств бандажа, специально для применения под электровозами нового поколения. Опытные марки стали имеют никель-хром-молибденовую систему легирования и различаются содержанием основного легирующего элемента никеля (на уровне ~0,5 %, ~2,0 % и ~2,3 % соответственно), оказывающего положительное влияние практически на весь комплекс свойств стали. На специальных образцах, изготовленных из проката лабораторных плавок стали, проведена апробация режимов термической обработки опытных сталей, а также термическая обработка (закалка в подогретую воду и высокий отпуск) имитации натурного бандажа в виде образца с обкладками, обеспечивающая получение во всем рабочем слое бандажа микроструктуры отпущенного мартенсита с наилучшим сочетанием прочностных и пластических характеристик. Показано, что с точки зрения комплекса полученных механических свойств наиболее перспективной является сталь с содержанием никеля ~2 %, после термической обработки имеющая структуру отпущенного мартенсита и показавшая по результатам испытаний высокие характеристики твердости и прочности со значительным запасом по ударной вязкости.
The paper tackles the problems of serial locomotive tires (as per GOST 398 - 210) operation under new generation freight electric locomotives 2ES10 with asynchronous traction drive, attributed to low operational resource of such tires and their insufficient reliability in terms of crack damageability. It is demonstrated that actual level of the tires’ mechanical properties and especially of strength characteristics of tire steel grade 2 as per GOST 398 - 210 is insufficient and does not comply with more tough conditions of tire loading in operation caused by the increased locomotive power rating and implementation of higher coefficient of “tire - rail” adhesion. To enhance resource and reliability of locomotive tires there were developed and tested in a laboratory environment three prototype versions of medium alloy tire steel with various content of carbon and alloying agents, improving mechanical property package up to the standards of tire operation under the new generation electric locomotives. The discussed tire steel prototypes have alloying system of Ni - Cr - Mo and differ from each other in the content of Ni (~0,5 %, ~2,0 % and ~2,3 % respectively), the main alloying agent which positive effect covers nearly all the property package of steel. By making use of special-purpose rolled specimens of steel obtained by way of laboratory melting there were conducted heat treatment modes approbation of steel prototypes and heat treatment (inclusive of heated water quenching and high-temperature tempering) of full-size tire simulant in the form of specimen with facings, creating tempered martensite microstructure with the best possible combination of strength and plastic properties all over the tire working layer It was demonstrated that in the context of obtained mechanical properties steel containing ~2 % of Ni with post-heat treatment tempered martensite microstructure, which exhibited the best test results in a part of hardness and strength (with considerable impact strength reserve) is the most prospective one.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.