DOI: 10.52150/2522-9117-2024-38-566-587
Губенко Світлана Іванівна, д.т.н., проф., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.
Український державний інститут науки і технологій, ННІ Придніпровська академія будівництва та архітектури, вул. Архітектора Олега Петрова, 24а, Дніпро, Україна, 49005.
ORCID: 0000-0001-6626-3979. E-mail: sigubenko@gmail.com
Парусов Едуард Володимирович, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-4560-2043. E-mail: tometal@ukr.net
Чуйко Ігор Миколайович, к.т.н., ст. досл., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-4753-614X. Email: ferrosplav@ukr.net
Парусов Олег Володимирович, к.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-9879-6179. Email: termet@ukr.net
ВПЛИВ ЛАЗЕРНОЇ ОБРОБКИ НА СТРУКТУРУ І ЗНОСОСТІЙКІТЬ КОЛІСНОЇ СТАЛІ
Анотація. За аналізом літературних джерел доказана доцільність локального зміцнення зони викружки поверхні ковзання залізничних коліс шляхом лазерної обробки. На основі дослідження зношених в процесі експлуатації залізничних коліс, що мають різний профіль поверхні ковзання, показано, що протікання інтенсивних пластичних зсувів в умовах дії досить високих контактних напружень під час експлуатації призводить до інтенсивного зносу в зоні викружки, що може призвести до підрізу гребенів. Встановлено, що за лазерної обробки колісної сталі в режимі імпульсного випромінювання виникає лазерно-загартована зона зі структурою дисперсного мартенсита, яка ідентична «білому шару», що утворюється за умов експлуатації на поверхні ковзання. Дослідження показали, що така структура є несприятливою з точки зору експлуатації. Показано, що за лазерної обробки в режимі безперервного випромінювання можна отримати мікрокомпозитну бейнітну структуру лазерно-зміцненого шару, яка сприятлива для умов експлуатації. При цьому, параметри зміцненого шару, тонкої структури сталі, а також мікротвердість і твердість можна варіювати у певних межах залежно від вихідного стану колісної сталі, а також режиму безперервного лазерного впливу. На основі порівняльного аналізу показано, що режими лазерної обробки, а також ступінь дисперсності вихідної мікроструктури визначають ефект лазерного зміцнення колісної сталі. Запропоновано перспективний режим з потужністюлазерного променя 600 Вт і швидкістю його переміщення 5–15 мм/с, який рекомендовано використовувати особливо у поєднанні з традиційною термічною обробкою. Рекомендовано також проведення локального лазерного зміцнення зони викружки в умовах виробництва залізничних коліс після гартування перед відпуском для зменшення термічних напружень. Показано, що підвищення зносостійкості колісної сталі після лазерної обробки свідчить про ефективність застосування зміцнюючої лазерної технології шляхом цілеспрямованого використання внутрішніх резервів структурної пристосованості поверхневих шарів сталі в умовах експлуатації. Обговорені перспективи локальної лазерної обробки викружки з отриманням мікрокомпозитної бейнітної структури в режимі безперервного лазерного випромінювання, що дозволить не тільки підвищити зносостійкість поверхні ковзання залізничних коліс, а й знизить ризик підрізу гребенів в процесі експлуатації. Такій обробці можна піддавати як нові залізничні колеса після традиційної термічної обробки, так і використовувати її в залізничних депо під час проведення відновлення зношених профілів поверхні ковзання шляхом переточок.
Ключові слова: залізничне колесо, колісна сталь, поверхня ковзання, бейніт, мікрокомпозитна структура, лазерна обробка, зміцнення, зносостійкість
DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-566-587
Посилання для цитування: Губенко С. І., Парусов Е. В., Чуйко І. М., Парусов О. В. Вплив лазерної обробки на структуру і зносостійкість колісної сталі. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2024. Вип. 38. С. 566-587. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-566-587
Перелік посилань
1. Sladkovsky A., Yessaulov V., Shmurygin N., Taran Y., Gubenko S. An analysis of stress and strain in freigth car wheels. Transactions on Modelling and Simulation. 1997. Vol. 16. P. 15–24.
2. Воробьёв А. А., Губенко С. И., Иванов И. А. Ресурс и ремонтопригодность колёсных пар подвижного состава железных дорог. Москва : ИНФРА-М, 2011. 264 с.
3. Губенко С. И., Беспалько В. Н. К вопросу о качестве лазерного упрочнения сталей. The World of Science and Innovation : сб. трудов VII Международной научно-практической конференции, г. Лондон, 10-12 февраля 2021 г, Лондон, Великобритания, 2021. С. 444–452.
4. Петров С. В., Сааков А. Г. Плазма продуктов сгорания в инженерии поверхности. Киев : ТОПС, 2000. 220 с.
5. Capceмбaeвa Т. E., Кaнaeв A. Т., Тoпoлянcкий П. A. Иccлeдoвaния измeнeния внyтpeнниx нaпpяжeний в цeльнoкaтaныx жeлeзнoдopoжныx кoлecax пocлe пoвepxнocтнoй плaзмeннoй зaкaлки. Strategiczne Pytania Swiatowej Nauki – 2019 : матер. 10 Междунар. научно-практ. конф. Пшемысль, Польша : Nauka i Studia, 2019. С. 65–73.
6. Кушнер В. С., Кутько А. А., Воробьев А. А., Губенко С. И., Иванов И. А., Керенцев Д. Е. Влияние структуры и механических характеристик колесных сталей на изнашивание и режимы восстановления профиля колесных пар. Омск : ОмГТУ, 2015. 224 с.
7. Губенко С. И, Никульченко И. А. О проблеме подреза гребней железнодорожных колес при эксплуатации. Спеціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра : зб. праць XV Всеукраїнської науково-практичної конференції. Київ : НТУУ «КПІ», 2017. С. 365–383.
8. Gubenko S. About the possibility of local laser hardening of the treed of railway wheels. MTM Machines, Technologies, Materials. 2021. Vol. 3(5). P. 266–269.
9. Коваленко В. С., Головко Л. Ф., Меркулов Г. В., Стрижак А. И. Упрочнение деталей лучом лазера. Киев : Техника, 1981. 131 с.
10. Реди Дж. Промышленные применения лазеров. Москва : Мир, 1981. 638 с.
11. Ставрев Д., Щърбаков В., Дикова Ц. Структура и свойства на желязо-въглеродни сплави след въздействие с концентрирани енергийни потоци. Болгария, Варна : СТЕНО, 2015. 264 с.
12. Bogdanov A. V., Grezev N. V., Shmelyov S. A., Murzakov M. A., Markushov Yu. V. Wheel steel strengthening with fiber lasers. Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering. 2016. No. 9. P. 30–37. https://doi.org/10.12737/21237
13. Козубенко И. Д., Хаскин В. Ю., Черниенко В. Д. Технология лазерной наплавки и термообработки деталей колесных пар подвижного состава. Автоматическая сварка. 2001. № 3(576). С. 35–37.
14. Хриптович Е. В., Шиганов И. Н., Пономаренко Д. В., Шмелев С. А., Ишкиняев Э. Д. Сравнительный анализ характеристик бандажей колёсных пар, закалённых с использованием лазерного и плазменного источника тепла. Мир транспорта. 2022. Вып. 20(3). С. 6–12. https://doi.org/10.30932/1992-3252-2022-20-3-1
15. Узлов И. Г., Гасик М. И., Есаулов А. Т., Мирошниченко Н. Г., Пройдак Ю. С. Колесная сталь. Киев : Технiка, 1985. 168 с.
16. Есаулов В. П., Козловский А. И., Есаулов А. Т., Староселецкий М. И. Конструкции железнодорожных колес мира. Днепропетровск : Сич, 1997. 428 с.
17. Краузе Г., Шольген Ю. Факторы, влияющие на трение и износ в системе «колесо-рельс». Железные дороги мира. 1978. № 1. С. 62–64.
18. Ларин Т. В. Исследование механизма износа, усталостного выкрашивания, образования выщербин и наволакивания на поверхности катания цельнокатаных колёс. Повышение надёжности и долговечности деталей подвижного состава и пути : Тр. ВНИИЖТ, 1977. С. 51–68.
19. Таран Ю. Н., Есаулов В. П., Губенко С. И. Повышение износостойкости железнодорожных колес с разным профилем поверхности катания. Металлургическая и горнорудная промышленность. 2000. № 2. С. 42–44.
20. Есаулов В. П., Пройдак Ю. С., Губенко С. И., Сладковский А. В., Иськов М. В. Исследование структурных изменений вблизи поверхности катания железнодорожных колес при эксплуатации. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту. 2004. Вып. 5. С. 65–71.
21. Taran Y. N., Esaulov V. P., Gubenko S. I. Increase of wear-resistance of railway wheels with different profile of tread. Metallurgical and Minning Industry. 2000. № 2. P. 42–44.
22. Taran Y., Yessaulov V., Kozlovsky A., Sladkovsky A., Gubenko S. Wear reduction on working surface of railway wheels. Transactions on Modelling and Simulation. 1999. Vol. 22. P. 693–701.
