Разработка стали для локомотивных бандажей повышенной прочности и трещиностойкости

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.

локомотивный бандаж, ресурс, среднелегированная сталь, термическая обработка, закалка и отпуск, механические свойства, структура отпущенного мартенсита

1. Сухов А. В., Брюнчуков Г. И., Тимофеев В. В. Локомотивные бандажи марки 4 // Железнодорожный транспорт. 2012. № 2. С. 58 - 61.

2. Терехов П. М., Воробьев А. А. Перспективы использования колесных пар с бандажами повышенной твердости // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2012. № 15. С. 23 - 25.

3. Исследование горячей, ударно-точечной и плазменной маркировки локомотивных бандажей / А. В. Кушнарев [и др.] // Вестник ВНИИЖТ. 2007. № 3. С. 11 - 17.

4. Усталостное разрушение бандажа колесной пары по знаку маркировки / Р. Ю. Демин [и др.] // Железнодорожный транспорт Украины. 2014. № 5. С. 47 - 50.

5. Мерсон Д. Л., Виноградов А. Ю. Анализ причин разрушения бандажей локомотивов по знакам маркировки // Техника железных дорог. 2013. № 3. С. 74 - 77.

6. Marich S., Mutton P. J. Material developments in the Australian industry - past, present and future // Proceedings of the 4th Heavy Haul Conference. Brisbane, 1989, pp. 267 - 275.

7. Bierogel E. Verscheib von Radreifen. Stahl und Eisen. 1971. № 235, рр. 1335 - 1336.

8. Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. М.: Металлургия, 1985. 408 с.

9. Гуляев А. П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. 544 с.

10. Брюнчуков Г. И. Бандажи тягового подвижного состава повышенной эксплуатационной стойкости: дисс.. к-та техн. наук. М., 2007. 161 с.