DOI: 10.52150/2522-9117-2026-40-002
О. І. Бабаченко1, чл.-кор. НАН України, д.т.н., с.н.с, ORCID 0000-0001-7501-4173
Г. А. Кононенко1,*, д.т.н., ст. дослідник, ORCID 0000-0001-7446-4105
О. А. Подольська1, м.н.с., аспірант, ORCID 0000-0002-4032-4275
О. А. Шпак1, м.н.с., ORCID 0009-0005-2797-4790
О. Л. Сафронов1, м.н.с., ORCID 0009-0007-1308-5380
1 Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України
* Автор для листування: perlit@ua.fm
ОСОБЛИВОСТІ РУЙНУВАННЯ ПІД ЧАС ВИПРОБУВАННЯ НА ВИЗНАЧЕННЯ В’ЯЗКОСТІ РУЙНУВАННЯ В ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД РІВНЯ МІЦНОСТІ СТАЛІ ДЛЯ ЗАЛІЗНИЧНИХ КОЛІС
Анотація. У статті представлено результати дослідження впливу мікролегування ванадієм та молібденом, а також режиму термічної обробки (одинарна та подвійна) на в’язкість руйнування (K1С) колісних сталей марки R7. Визначено механічні властивості, твердість, роботу удару, а також проведено мікроструктурний аналіз із визначенням середнього діаметра зерна та кількості фериту. Встановлено, що залізничні колеса з мікролегованої сталі (промислові плавки № 1, 2, 3) демонструють на 65–80% вищі значення K1С порівняно з немікролегованою сталлю (плавка №4). Показано, що підвищення тріщиностійкості обумовлене подрібненням зерна (з 0,034 мм до 0,0187– 0,0242 мм) та зміною морфології перліту. Додаткова нормалізація (подвійна термічна обробка) сприяє подальшому подрібненню зерна та підвищенню K1С для мікролегованих сталей. Отримані результати дозволяють зробити рекомендації щодо складу та технології термічної обробки колісних сталей для підвищення їхньої надійності.
Ключові слова: в’язкість руйнування (K1С), мікролегування, термічна обробка, середній розмір зерна, перліт, мікротвердість, ферит, тріщиностійкість.
Посилання для цитування: Особливості руйнування під час випробування на визначення в’язкості руйнування в залежності від рівня міцності сталі для залізничних коліс/ О. І. Бабаченко, Г. А. Кононенко, О. А. Подольська, О. А. Шпак, О. Л. Сафронов // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2026.Вип. 40. С. 22-43. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-002
Перелік посилань
1. Bi, N., Tang, H., Shi, Z., Wang, X., Han, F., & Liang, J. (2023). Effects of Vanadium Microalloying and Intercritical Annealing on Yield Strength–Ductility Trade-Offs of Medium-Manganese Steels. Materials. 2023. 16. https://doi.org/10.3390/ma16062220
2. Mudda, S., Hegde, A., Sharma, S. et al. (2026). A review of the latest developments regarding the heat treatment effects on hardness, impact toughness, and microstructure in AISI 1040, 4140, and 4340 medium carbon structural steels. Discover Materials, 6(1). https://doi.org/10.1007/s43939-025-00532-z
3. Zurnadzhy, V., Stavrovskaia, V., Chabak, Y., Petryshynets, I., Efremenko, B., Wu, K., Efremenko, V., & Brykov, M. (2024). Enhancing the Tensile Properties and Ductile-Brittle Transition Behavior of the EN S355 Grade Rolled Steel via Cost-Saving Processing Routes. Materials, 17(9), 1958. https://doi.org/10.3390/ma17091958
4. Brykov, M, Mierzwiński, D, Efremenko, V, Girzhon, V, Shalomeev, V, Shyrokov, O V, Petryshynets, I, Klymov, O, & Kapustyan, O. (2024). Increasing the Strength and Impact Toughness of Carbon Steel Using a Nanosized Eutectoid Resulting from Time-Controlled Quenching. Materials. 17(15). 3696. https://doi.org/10.3390/ma17153696
5. Zhou, S.-t., Li, Z.-d., Yang, C.-f., Xie, S.-k., Yong, Q.-l. (2019). Cleavage fracture and microstructural effects on the toughness of a medium carbon pearlitic steel for high-speed railway. Materials Science and Engineering: A, 761, 138036. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138036
6. Strnadel B., Hausild P., Nohal S., Matocha K. Statistical scatter in the fracture toughness and Charpy impact energy of pearlitic steel (2007). Mater. Sci. Eng.: A. 486. 1-2. 208-214. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.08.081
7. Chattopadhyay, C., Sangal, S., Mondal, K., & Garg, A. (2012). Improved wear resistance of medium carbon microalloyed bainitic steels. Wear, 289, 168–179. https://doi.org/10.1016/j.wear.2012.03.005
8. Andrade, H., Akben, M. G., & Jonas, J. J. (1983). Effect of molybdenum, niobium, and vanadium on static recovery and recrystallization and on solute strengthening in microalloyed steels. Metallurgical Transactions A, 14, 1967-1977.
9. Zajac, S. (2002). Precipitation and grain refinement in vanadium-containing steels. Iron steel vanadium titanium. 23(1). 35-48.
10. Capdevila, C., Ferrer, J. P., García-Mateo, C., Caballero, F. G., López, V., & de Andrés, C. G. (2006). Influence of Deformation and Molybdenum Content on Acicular Ferrite Formation in Medium Carbon Steels. ISIJ Int., 46, 1093–1100. https://doi.org/10.2355/isijinternational.46.1093
11. Rezende, A. B., Fernandes, F. M., Fonseca, S. T., Farina, P. F. S., Goldenstein, H., & Mei, P. R. (2020). Effect of alloy elements in time temperature transformation diagrams of railway wheels. Defect and Diffusion Forum, 400, 11-20. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.400.11
12. Sakamoto, H., Toyama, K., & Hirakawa, K. (2000). Fracture toughness of medium-high carbon steel for railroad wheel. Mater. Sci. Eng.: A, 285(1-2), 288–292. https://doi.org/10.1016/s0921-5093(00)00648-1
13. Trivedi, R., Bhumika, Tandon, R., Mishra, G., Singh, R., Singh, J. K., Mahobia, G. S., Chauhan, A., Sarma, S., Ghosh, A., Karmakar, A., & Patra, S. (2024). Study of strength and toughness in pearlitic wheel steel via microstructural alteration. Materials Today Communications, 39, 109255. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.109255
Рукопис надійшов до редакції / Received 01.04.2026
Рекомендовано до друку / Accepted 28.05.2026
Опубліковано / Published 30.05.2026
