Особенности работы металла в зоне образования дефектов моноблочной крестовины

Введение. Анализируются причины появления и развития дефектов крестовин с цельнолитым блоком сердечника с усовиками и приварными рельсовыми окончаниями (моноблочная крестовина), работающих в условиях тяжеловесного и интенсивного движения. Выход из строя таких крестовин обусловлен процессами зарождения и развития трещин, а также выкрашиванием металла на поверхности катания. Одним из эффективных методов повышения ресурса крестовин является упрочнение их поверхности катания энергией взрывной волны.

Материалы и методы. Исследование микроструктуры металла опытных крестовин проведено с помощью металлографического комплекса на базе микроскопа Zeiss Axiovert 25 с программным обеспечением Thixomet Pro. Для химического травления поверхности образцов использовался реактив из 4%-го раствора азотной кислоты в дистиллированной воде. Твердость упрочненного слоя определялась по методу Бринелля в соответствии с ГОСТ 9012–59 на твердомере ТШ-2М.

Результаты. Установлено, что причиной образования дефекта по коду ДС.30Г.2 (в соответствии с Классификатором дефектов и повреждений элементов стрелочных переводов) может являться не только наличие оксидных плен и неспаев в металле, но и недостаточные прочностные характеристики конструкции крестовин, которые должны быть исключены на стадии постановки продукции на производство; повышенные динамические нагрузки, на которые не рассчитано соответствующее изделие. Микротрещины, образующиеся при дальнейшей эксплуатации в перенаклепанном слое металла у поверхности катания (без удаления дефектного слоя), приводят к расслоению металла и выкрашиванию. Таким образом, при проведении обточки крестовин необходимо наряду с удалением наплывов предусматривать удаление всего дефектного слоя. Исследования показали, что технология взрывного упрочнения поверхности катания крестовин наиболее эффективна.

Обсуждение и заключение. На основании полученных результатов сделаны выводы о возможности повышения ресурса крестовин за счет применения предварительного упрочнения поверхности катания.

1. Глюзберг Б.Э., Королев В.В., Шишкина И.В. Увеличение ресурса крестовин стрелочных переводов // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути: XV Междунар. науч.-техн. конф.: чтения, посвященные памяти проф. Г.М. Шахунянца, Москва, 4–5 апреля 2018 г.: тр. М.: РУТ, 2018. С. 186–187 [Gluzberg B.E., Korolev V.V., Shishkina I.V. Increasing the life of simple switch crossings. In: Modern problems of railway design, construction and operation: XV International Scientific and Technical Conference: readings in memory of Prof. G.M. Shakhunyants, 4–5 April 2018, Moscow: proceedings. Moscow: RUT; 2018. p. 186–187. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/hhkygj.

2. Глюзберг Б. Э., Королев В.В., Шишкина И.В. Элементы стрелочных переводов для российских железных дорог // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2019. Т. 14, №14 (14). С. 17–20 [Gluzberg B.E., Korolev V.V., Shishkina I.V. Elements of turnouts for russian railways. Vnedreniye sovremennykh konstruktsiy i peredovykh tekhnologiy v putevoye khozyaystvo. 2019;14(14):17-20. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/wuvwyl.

3. Королев В.В., Шишкина И.В. Система учета дефектов элементов стрелочных переводов // Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство. 2016. Т. 9, №9 (9). С. 190–195 [Korolev V.V., Shishkina I.V. Turnout Element Defect Accounting System. Vnedreniye sovremennykh konstruktsiy i peredovykh tekhnologiy v putevoye khozyaystvo. 2016;9(9):190-195. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/wimbxd.

4. Глюзберг Б.Э. Проблемы стрелочного хозяйства высокоскоростной железнодорожной магистрали ВСЖМ-1 // Транспортное строительство: сб. ст. Второй Всерос. науч.-техн. конф., Москва, 12–14 апреля 2021 г. М.: Перо, 2021. С. 14–22 [Gluzberg B.E. Problems of switch management of the high-speed railway line VSZhM-1. In: Transport Construction: Coll. of article, Second All-Russian Scientific and Technical Conference, 12–14 April 2021, Moscow. Moscow: Pero Publ.; 2021. p. 14–22. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/zzxzlj.

5. Astafurova E. G., Tukeeva M. S., Zakharova G. G., Melnikov E.V., Maier H. J. The role of twinning on microstructure and mechanical response of severely deformed single crystals of high-manganese austenitic steel. Materials characterization. 2011;62(6):588-592. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2011.04.010.

6. Yan W., Fang L., Sun K., Xu Y. Thermodynamics of nanocrystilline formation in surface layer of Hadfield steel by shot peening. Materials Science and Engineering: A. 2007;445-446:392-397. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.09.061.

7. Зыкова А.П., Федосеева С.Н., Лычагин Д.В. Модифицирование стали 110Г13Л // Современные проблемы машиностроения: сб. науч. тр. VII Междунар. науч.-техн. конф., Томск, 11–13 ноября 2013 г. / под ред. А.Ю. Арляпова, А.Б. Кима. Томск: Нац. исслед. Томский политехн. ун-т, 2013. С. 86–90 [Zykova A.P., Fedoseeva S.N., Lychagin D.V. Modification of Steel 110G13L. In: Arlyapov A.Y., Kim A.B. (eds.) Modern Problems of Mechanical Engineering: Coll. of sci. articles of VII International Scientific and Technical Conference, 11–13 November 2013, Tomsk. Tomsk: National Research Tomsk Polytechnic University; 2013. p. 86–90. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/rmqrzh.

8. Мулявко Н.М. Анализ эксплуатационной стойкости отливок из стали 110Г13Л // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. 2001. №4. С. 61–70 [Mulyavko N.M. The analysis of operational resistance of castings made of steel 110G13L. Izvestiya Chelyabinskogo nauchnogo tsentra UrO RAN. 2001;(4):61-70. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/bjijmp.

9. Влияние модифицирования кальцием на структуру стали Гадфильда и морфологию образующихся в ней неметаллических включений / А.Б. Ахметов [и др.] // Электрометаллургия. 2017. № 3. С. 8–12 [Akhmetov A.B., Kusainova G. D., Kuszhanova A.A., Ilyasov A.E., Sharkaev S. N. Effect of modification with calcium on hadfield steel structure and morphology of nonmetallic inclusions formed in it. Electrometallurgy. 2017;(3):8-12. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/yggihd.

10. Бабокин Г.И., Подколзин А.А., Колесников Е.Б. Основы функционирования систем сервиса. В 2 ч. Ч. 1. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Юрайт, 2023. 423 с. [Babokin G.I., Podkolzin A.A., Kolesnikov E.B. Fundamentals of the Functioning of Service Systems. In 2 parts. Part 1. 2nd ed., revised and expanded. Moscow: Yurayt Publ.; 2023. 423 p.(In Russ.)].

11. Монастырский А.В. О современных методах разработки и оптимизации технологических процессов в литейном производстве // Литейное производство. 2010. №5. С. 19–22 [Monastyrskiy A.V. Modern methods of developing and optimizing the manufacturing processes in the foundry industry. Foundry. Technology and Equipment. 2010;(5):19-22. (In Russ.)]. EDN: https://elibrary.ru/lnfstm.

12. Трегубчак П.В. Проектирование конструкции моноблочных крестовин для тяжелых условий эксплуатации // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2023. Т. 82, №2. C. 146–156. [Tregubchak P.V. Design of monoblock crossing for heavy operating conditions. Russian Railway Science Journal. 2023;82(2):146-156. (In Russ.)]. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2023-82-2-146-156.