Technology Perfection of Railway Wheels Treatment with Aim to Prevent Damages Forming on Surface of Rolling

Вакуленко, Л. І. Удосконалення технології обробки суцільнокатаних залізничних коліс з метою запобігання ушкоджень поверхні кочення : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Л. І. Вакуленко ; Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - Дніпропетровськ, 2015. - 20 с. УДК 629.4.027.4:620.19(043.3) Захист — 16 жовтня 2015.UK: Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі − удосконаленню технології обробки суцільнокатаних залізничних коліс з метою запобігання ушкоджень поверхні кочення. Результатами досліджень визначено, що безперервне підвищення неоднорідності наклепу від циклічної зміни етапів утворення екструзій і інтрузій на поверхні кочення залізничного колеса приводить до зародження осередків руйнування металу. Виникнення локальних ділянок металу з високою твердістю зв’язане з проковзуванням колеса в місці контакту з рейкою. Виникаючий при цьому розігрів металу до температур початку фазових перетворень і подальше його прискорене охолодження приводять до формування ділянок гартування з високою крихкістю. Визначення механізму дії імпульсів електричного струму на зниження рівня наклепу вуглецевої сталі склало основу розробки атермічної технології пом’якшення металу при відновленні профілю кочення залізничного колеса. Виявлена залежність розвитку процесів зміцнення від орієнтації пластичної течії в матриці металу відносно поверхні неметалевого включення, дає змогу зрозуміти ступінь негативного впливу часток включень на зародження ушкоджень металу.Вакуленко, Л. І. Удосконалення технології обробки суцільнокатаних залізничних коліс з метою запобігання ушкоджень поверхні кочення : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.07 / Л. І. Вакуленко ; Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. - Дніпропетровськ, 2015. - 20 с.RU: Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической задачи – совершенствованию технологии обработки цельнокатанных железно-дорожных колес с целью предотвращения повреждений поверхности катания. Результатами исследований определенно, что непрерывное повышение неоднородности наклепа от этапов образования экструзий и интрузий на поверхности катания железнодорожного колеса является причиной зарождения очагов разрушения металла. Возникновение локальных участков металла с высокой твердостью связано с проскальзыванием колеса в месте контакта с рельсом. Разогрев участков до температур начала фазовых превращений и дальнейшее ускоренное охлаждение приводят к формированию закаленных объемов металла обода с высокой хрупкостью. Объяснение механизма действия импульсов электрического тока на снижение степени наклепа углеродистой стали составило основу разработанной технологии атермического разупрочнения холодно-деформированного металла. Выявленная зависимость развития процессов упрочнения от ориентации пластичного течения в матрице металла относительно поверхности неметаллического включения дает возможность понять степень негативного влияния частиц неметаллических включений на зарождение поверхностных повреждений металла обода железнодорожного колеса. При испытаниях накатыванием увеличение числа циклов, независимо от уровня нормального нагружения в месте контакта образец – контробразец, сопровождается снижением твердости закаленной стали до 7 %. Анализ характеристик внутреннего строения стали показал, что эффект разупрочнения при накатывании в основном обусловлен развитием процессов перераспределения атомов углерода в кристаллической решетке при пластической деформации. По достигаемому эффекту влияние накатывания адекватно снижению содержания углерода в стали от 0,62 до 0,56 %. Исследования параметров внутреннего строения стали железнодорожного колеса после накатывания показали существование качественных различий в характере изменения по сравнению с разупрочнением металла при нагреве. Отпуск стали после закалки сопровождается снижением количества дефектов кристаллического строения и искажений второго рода с одновременным увеличением размеров микрообластей. Разупрочнение углеродистой стали после накатывания сопровождается приростом количества дефектов, большим разбросом значений искривлений второго рода и измельчением микрообластей, что должно соответствовать упрочнению металла. Анализ енергосилових параметров процесса проскальзывания для углеродистой стали, позволил обосновать необходимость ограничения максимальной концентрации углерода в стали железнодорожного колеса - не более 0,6 %. Использование технологии электрической импульсной обработки для разупрочнения наклепанного поверхностного слоя железнодорожных колес позволяет в условиях ремонтной базы вагонного депо без нагрева снизить уровень твердости металла. Предложенное техническое решение позволит уменьшить расходы режущего инструмента при восстановлении профиля катания железнодорожных колес. По достигаемому эффекту, такая обработка адекватна нагреву металла в среднем интервале температур (400−500 С).EN: Dissertation is devoted to the solution of actual scientific and technical task that is improvement of processing technology of railway all-rolled wheels with the aim to prevent damages of the roll surface. The results of researches show, that continuous increase of heterogeneity of slander from the cyclic change of the stages of extrusions and intrusions formation on the rolling surface of railway wheel, lead to the formation of metal breakdown. The origin of local areas of metal with high hardness is related with sliding of wheel in the place of contact with a rail. Warming up to the temperatures of the transformations beginning of phase and the further speed-up cooling over leads to form of hard-tempered volumes of metal to the rim with the high brittleness. Determination the action mechanism of electric current impulses on the decline of cold hammering level made basis of nonthermal technology development of cold forming. The dependence of strengthening processes evelopment from the orientation of plastic flow in the matrix of metal, in relation to the surface of nonmetallics was revealed. It gives an opportunity to understand the degree of negative influence of nonmetallics on the origin of metal damages of railway wheel rim

The Influence on Metal Structure of Conditions at Exploitation Railway Wheels

Мямлин, С. В. Влияние условий эксплуатации на внутреннее строение металла железнодорожных колес / С. В. Мямлин, Л. И. Вакуленко // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. — 2012. — Вип. 42. — С. 164—166. УДК 669.4.027.4:669.14.018.294RU: Формирование повреждений железнодорожных колес в процессе эксплуатации связано с возникновением повышенных внутренних напряжений от совместного влияния деформации по поверхности катания и циклической смены температур при торможении тормозными колодками.UK: Формування ушкоджень залізничних коліс в процесі експлуатації зв’язане з виникненням підвищених внутрішних напружень від сумісного впливу деформації по поверхні кочення та циклічної зміни температури при гальмуванні гальмівними колодками.EN: Cleavage formation is a process nucleation caused by the high internal stress produced followed by joint deformation on the surface and cycles change of temperature in railway wheels after braking using brake shoes.Вагонное депо «Нижнеднепровск-Узел», м. Днепропетровс

The Definition of Material Deformation Strengthening in the Volume of Individual Grains of Polycrystals

Вакуленко, Л. І. Визначення параметрів деформаційного зміцнення в об'ємах окремих зерен полікристалів / Л. І. Вакуленко, М. А. Грищенко // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. — Днепропетровск, 2008. — Вип. 25. С. 204—206. УДК 669.14 – 157.97UK: Розглянуті питання оцінки мікротвердості при зміні навантаження на індентор при навантаженнях в одне і те ж місце зразка.EN: The questions of microhardness estimate in changing the loading on indenter, if the same place of a sample is loaded, are considered.RU: Рассмотрены вопросы оценки микротвердости при изменении загрузки на индентор при условиях нагружения в одно и то же место образца

The Influence of Nonmetallicss on Strengthening of Matrix Metal at the Plastic Deformation

Вакуленко, K. B. Влияние неметаллических включений на упрочнение матрицы металла при пластическом деформировании / Л. И. Вакуленко, О. А. Чайковский, С. В. Пройдак // Металознавство та термічна обробка металов. - 2013. - № 1. - С. 28-33.RU: В зависимости от ориентации пластической деформации, выполнен анализ распределения микротвердости в металлической матрице вблизи неметаллического включения При постепенном изменении направления пластической деформации от нормального к касательному по отношению к поверхности включения, наблюдается возрастание эффекта разупрочнения.UK: В залежності від орієнтації пластичної деформації, виконаний аналіз розподілу мікротвердості в металевій матриці поблизу неметалевого включення. При поступовій зміні напряму пластичної деформації від нормального до дотичного, по відношенню до поверхні включення, спостерігається зростання ефекту пом’якшення.EN: The analysis of distributing of microhardness in metallic matrix by near a nonmetallicss discover depending orientation of plastic deformation was performed. The change of direction plastic deformation from normal in relation to the surface of including, there is growth of effect softening

About of Influence Level Strength Rail Wheels on the Formation Defects

Вакуленко, Л. И. О влиянии уровня прочности железнодорожных колес на формирование выщербин / Л. И. Вакуленко, С. В. Пройдак, Ю. Л. Надеждин // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. — 2012. — Вип. 42. — С. 156—159. УДК 669.4.027RU: В работе рассмотрены вопросы, посвященные анализу условий формирования повреждений в виде выщербин по поверхности катания при эксплуатации железнодорожных колес различного уровня прочности.UK: В роботі розглянуті питання, які присвячені аналізу умов формування ушкоджень у вигляді вищебин на поверхні кочення при експлуатації залізничних коліс різного рівня міцності.EN: The observed questions of estimate mechanism formation damage behavior is considered to be result of a directional variation in of strengthened and heat metal on the surface roll wheels

Термическое упрочнение обода железнодорожного цельнокатанного колеса

Термічне зміцнення ободу залізничного суцільнокатаного колеса / І. О. Вакуленко, О. М. Перков, Л. І. Вакуленко, С. В. Пройдак, Д. М. Болотова // Спеціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра : матеріали ХIV Всеукр. наук.-практ. конф., Київ, 19 квітня 2016 р. — Київ : НТУУ «КПІ», 2016. — С. 206—213.UK: Досліджені структура і комплекс властивостей вуглецевої сталі ободу залізничного колеса в залежності від температури переривчастого охолодження. Сумарний ефект пом’якшення металу при підвищенні температури припинення примусового охолодження, який обумовлений зниженням ступеня пересичення твердого розчину атомами вуглецю, зменшенням густини дислокацій і коалесценцією цементитних частинок перевищує вплив дисперсійного зміцнення від присутності в структурі дрібнодисперсних карбідних частинок. З метою підвищення тріщиностійкості обод суцільнокатаного залізничного колеса можна піддавати після завершення його гарячого обтискування прискореному охолоджуванню до температур 450°С без істотного окрихлення металу.RU: Исследованы структура и комплекс свойств углеродистой стали обода железнодорожного колеса в зависимости от температуры прерывистого охлаждения. Суммарный эффект разупрочнения металла при увеличении температуры прекращения принудительного охлаждения, который обусловлен снижением степени пересыщения твердого раствора атомами углерода, уменьшением плотности дислокаций и коалесценцией цементитных частиц превышает дисперсионное упрочнение от присутствия в структуре мелкодисперсних карбидных частиц. С целью повышения трещиностойкости обод цельнокатанного железнодорожного колеса можно подвергать после завершения горячего обжатия ускоренному охлаждению до температур 450°С без существенного охрупчивания металла.EN: The research of structural state and complex properties of carbon steel railway wheel rim are resulted depending on the temperature of self-tempering after the irregular cooling. The total soften effect of metal from the decrease degree of solid solution saturation on carbon atoms, density dislocations and coalescence particles of cementite is exceeded by the level of work-hardening from being in the structure dispersion particles of carbide. With the purpose of increase of resistance cracking, the rim of railway wheel can be exposed after hot rolling to the speed-up cooling to the temperatures 450°C without the substantial embrittlement of metal.Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України; Управління Придніпровської залізниці; Дніпропетровський професійний залізничний ліце

Mechanism of Formingdamage During Exploitation of Railway Wheels

Механизм формирования повреждений при экслуатации железнодорожных колес / Л. Вакуленко , С. Пройдак, Х. Дыя, А. Кавалек // New technologies and achievements in metalurgy, material engineering and production engineering : материалы XIV междунар. науч. конф. - Ченстохова, Польша, 2013. - Вып. 1. - С. 333-336.RU: Исследовали повреждения железнодорожных колес в процессе их эксплуатации, установили, что элементарные сдвиги в приповерхностных объемах обода колеса при его качении приводят к возниковению экструзий и интрузий металла, а формирование усталостных трещин на поверхности катания является результатом суммарного влияния процессов упрочнения и разупрочнения на объемы металла с интрузиями и экструзиями.UK: Досліджували ушкодження залізничних коліс в процесі їх експлуатації, встановили, що елементарні зсуви в приповерхневих об’ємах ободу колеса при його коченні призводять до виникнення екструзій та інтрузій металу, а формування тріщін втоми на поверхні кочення є результатом сумарного впливу процесів зміцнення і знеміцнення на об’єми металу з інтрузіями та екструзіями.EN: A process forming of damages on-the-spot rolling is the result of total influence from heterogeneity of distributing of plastic deformation, forming of extrudes and intrudes on-the-spot rolling and softening at heating of the work-hardened metal

Fatigue Damage Accumulation of Details in Cars According to Criterion of Specific Energy of Total Strain

Куліченко, А. Я. Накопичення втомних пошкоджень деталей вагонів згідно з критерієм питомої енергії повної деформації / А. Я. Куліченко, М. О. Кузін, Л. І. Вакуленко // Наука та прогрес транспорту. — 2013. — № 4(46). — С. 83—89. — doi: 10.15802/stp2013/16583.UK: Мета. Сучасні уявлення про накопичення втомних пошкоджень у деталях рухомого складу залізничного транспорту ґрунтуються на моделях, які оцінюють довговічність металевих систем залежно від кількості циклів та розмаху деформацій або напружень. Ці моделі дозволяють з достатнім рівнем адекватності виконувати оцінку знеміцнення металевих систем в умовах багатоциклової втоми та за наявності тільки пружних деформацій у деталях рухомого складу. Водночас можливість появи пластичних деформацій при роботі залізничних транспортних конструкцій у них не враховується. Метою цієї роботи є побудова математичної моделі, яка дозволяє оцінювати довговічність металевих систем з урахуванням появи пластичної складової в процесі деформування деталей рухомого складу залізничного транспорту. Методика. З використанням сучасних підходів механіки деформованого твердого тіла було виконано аналіз впливу параметрів пластичних деформацій на довговічність високонавантажених елементів конструкцій. Результати. Вивчено вплив пружного та пластичного деформування на розсіяння енергії під час циклічного навантаження. Наукова новизна. Аналітично показано, що параметри знеміцнення металевих систем пов’язані з повною енергією деформації, яка характеризує особливості деградаційних процесів у металевих конструкціях під час зовнішніх навантажень. Практична значимість. Запропоновано співвідношення, які дозволяють оцінювати залишковий ресурс деталі в умовах заданого послідовного багаторівневого циклічного навантаження.RU: Цель. Современные представления о накоплении усталостных повреждений в деталях подвижного состава железнодорожного транспорта основываются на моделях, которые оценивают долговечность металлических систем в зависимости от числа циклов и размаха деформаций или напряжений. Данные модели позволяют с достаточной степенью адекватности проводить оценку разупрочнения металлических систем в условиях многоциклической усталости и при наличии только упругих деформаций в деталях подвижного состава. Вместе с тем возможность появления пластических деформаций при работе железнодорожно-транспортных конструкций они не учитывают. Целью данной работы является построение математической модели, которая позволяет оценивать долговечность металлических систем с учетом появления пластической составляющей в процессе деформирования деталей подвижного состава железнодорожного транспорта. Методика. С использованием современных подходов механики деформируемого твердого тела проведен анализ влияния параметров пластических деформаций на долговечность высоконагруженных элементов конструкций. Результаты. Изучено влияние упругого и пластического деформирования на рассеяние энергии при циклической нагрузке. Научная новизна. Аналитически показано, что параметры разупрочнения металлических систем связаны с полной энергией деформации, которая характеризует особенности деградационных процессов в металлических конструкциях при внешних нагрузках. Практическая значимость. Предложены соотношения, которые позволяют оценивать остаточный ресурс детали в условиях заданной последовательной многоуровневой циклической нагрузки.EN: Purpose. Modern ideas about the accumulation of fatigue damages in the details of railway vehicles are based on models that estimate the durability of metal systems and depend on the number of cycles and the magnitude of deformations or stresses. These models allow one to assess with a sufficient degree of adequacy the weakening of metal systems in polycyclic fatigue and at the presence of the elastic strain only in the details of rolling stock. However, the possibility of plastic deformation appearing during operation of rail transport structures is not taken into account. The aim of this work is a construction of a mathematical model that allows estimating the durability of metal systems with regard to the appearing of the plastic component in the process of deformation of parts of railway vehicles. Methodology. With the use of modern methods of solid mechanics the influence of the parameters of plastic deformation on the durability of highly loaded structural elements was analyzed. Findings. The effect of elastic and plastic deformation on the energy dissipation under cyclic loading was studied. Originality. It was shown analytically that the softening parameters of metal systems are related to the total energy of deformation, which characterizes features of the degradation processes in the metal structures under external loads. Practical value. Ratios were proposed, they allow estimating residual life of details in a sequential multilevel cyclic loading.ДП «Придніпровська залізниця», Дніпропетровсь

Влияние температуры самоотпуска на прочность диска железнодорожного колеса после ускоренного охлаждения

Influence of Self-tempering Temperature on Strength of Railway Wheel Disk after Accelerated Cooling / L. I. Vakulenko, D. M. Bolotova, S. V. Proydak, M. A. Grischenko, I. O. Vakulenko // Наука та прогрес транспорту. — 2016. — № 2 (62). — P. 109—118. — doi 10.15802/stp2016/67322EN: Purpose. The paper aims at estimation of resource of strength increase for railway wheel disk. Methodology. The material for research was carbon steel of railway wheel containing 0.57%C, 0.65%Si, 0.45%Mn, 0.0029%S, 0,014%P, 0,11%Cr. A railway wheel was heated to the temperatures above Ac3 and was held at this temperature until the completion of аustenite homogenization processes and then the disk was cooled at a growing rate to a certain temperature. A temperature interval of completion of the speed-up wheel disk cooling was 200-450 C. Structure was studied with the use of research methods under electronic and light microscopes. After accelerated cooling the estimation of metal structure imperfection degree was carried out with the use of X-ray structural analysis method. The stress and yielding limit of carbon steel were determined at tension, at a speed of deformation10− − 3 1 s. The microhardness of steel structural components was estimated using the microhardness tester of PMT-3 type. Findings. The properties complex of railway wheel carbon steel depending on the temperature of the accelerated cooling termination is determined by the correlation of soften and work-hardening processes development. The effect of work-hardening is based on blocking of mobile dislocations due to a precipitation carbon atoms and dispersion work-hardening from the formed particles of carbidic phase. At the temperatures of the accelerated cooling termination of carbon steel higher than 300-350 C the decrease rate of strength properties is determined by the exceeding of total soften effect (from disintegration of solid solution, acceleration of spheroidithation and coalescence of cementite particles) above the dislocations blocking by the carbon atoms and dispersion work-hardening. Originality Authors proved that the strength level of the railway wheel carbon steel from the temperature of accelerated cooling completion is determined by the influence ratio of the solid solution satiety degree and dispersion work-hardening from a carbidic phase. For the temperatures of accelerated cooling termination 200-300 C a decrease of solid solution satiety degree is a basic factor, which determines the level of the strength characteristic. Practical value. When making the whole-rolled railway wheel one can increase the strength limit of disk metal using the accelerated cooling to the middle interval of temperatures, which was successfully proven by authors.UK: Мета. Робота спрямована на визначення ресурсу підвищення міцності диску залізничного колеса. Методика. Матеріалом для дослідження була вуглецева сталь залізничного колеса зі змістом 0,57 % C, 0,65 % Si, 0,45 % Mn, 0,0029 % S, 0,014 % P, 0,11 % Cr. Залізничне колесо піддавали нагріву до температур вище Ac3 , витримували при цій температурі для завершення процесу гомогенізації аустеніту та прискорено охолоджували диск до визначеної температури. Температурний інтервал закінчення примусового охолодження диску колеса складав значення 200–450 С. Структуру вивчали за методиками досліджень із використанням електронного та світлового мікроскопів. Оцінку ступеня дефектності структури металу після прискореного охолодження здійснювали з використанням методики рентгенівського структурного аналізу. Межі міцності та плинності вуглецевої сталі визначали при розтяганні зі швидкістю деформації 10− − 3 1 c . Мікротвердість структурних складових сталі оцінювали, використовуючи мікротвердомір типу ПМТ-3. Результати. Комплекс властивостей вуглецевої сталі залізничного колеса в залежності від температури припинення прискореного охолодження визначається співвідношенням розвитку процесів пом’якшення та зміцнення. Джерелами ефекту зміцнення є процеси блокування рухомих дислокацій за рахунок виділення на них атомів вуглецю та дисперсійного зміцнення від сформованих частинок карбідної фази. При температурах припинення примусового охолодження вуглецевої сталі вище за 300–350 С темп зниження властивостей міцності визначається перевищенням сумарного ефекту (пом’якшення від розпаду твердого розчину, прискорення сфероїдизації та коалесценції частинок цементиту) над блокуванням дислокацій атомами вуглецю та дисперсійним зміцненням. Наукова новизна. Авторами доведено, що рівень характеристик міцності вуглецевої сталі залізничного колеса від температури закінчення примусового охолодження визначається співвідношенням впливів від пересичення твердого розчину та дисперсійного зміцнення від карбідної фази. Для температур припинення прискореного охолодження 200–300 C зниження ступеню пересичення твердого розчину є основним чинником, що визначає рівень характеристик міцності. Практична значимість. При виготовленні суцільнокатаного залізничного колеса підвищити межу міцності металу диску можна прискореним охолодженням до середнього інтервалу температур, що успішно доведено в роботі.RU: Цель. Работа направлена на оценку ресурса повышения прочности диска железнодорожного колеса. Методика. Материалом для исследования была углеродистая сталь железнодорожного колеса с содержанием 0,57 % C, 0,65 % Si, 0,45 % Mn, 0,0029 % S, 0,014 % P, 0,11 % Cr. Железнодорожное колесо нагревали до температур выше Ac3 , выдерживали при этой температуре для завершения процессов гомогенизации аустенита и ускоренно охлаждали диск до определенной температуры. Температурный интервал окончания принудительного охлаждения диска колеса составлял 200–450 С. Структуру изучали с использованием методик исследований под электронным и световым микроскопами. Оценку степени дефектности структуры металла после ускоренного охлаждения осуществляли с использованием методики рентгеновского структурного анализа. Пределы прочности и текучести углеродистой стали определяли при растяжении, со скоростью деформации 10− − 3 1 c. Микротвердость структурных составляющих стали оценивали, используя микротвердомер типа ПМТ-3. Результаты. Комплекс свойств углеродистой стали железнодорожного колеса в зависимости от температуры прекращения ускоренного охлаждения определяется соотношением развития процессов разупрочнения и упрочнения. Эффект упрочнения основан на блокировкие подвижных дислокаций за счет выделения на них атомов углерода и дисперсионного упрочнения от сформированных частиц карбидной фазы. При температурах прекращения принудительного охлаждения углеродистой стали выше 300–350 С темп снижения прочностных свойств определяется превышением суммарного эффекта (разупрочнения от распада твердого раствора, ускорения сфероидизации и коалесценции частиц цементита) над блокировкой дислокаций атомами углерода и дисперсионным упрочнением. Научная новизна. Авторами доказано, что уровень характеристик прочности углеродистой стали железнодорожного колеса от температуры окончания принудительного охлаждения определяется соотношением влияния степени пресыщения твердого раствора и дисперсионным упрочнением от карбидной фазы. Для температур прекращения ускоренного охлаждения 200–300 C снижение степени пресыщения твердого раствора является основным фактором, который определяет уровень характеристик прочности. Практическая значимость. При изготовлении цельнокатаного железнодорожного колеса повысить предел прочности металла диска можно ускоренным охлаждением до среднего интервала температур, что успешно доказано в работе.Управління Придніпровської залізниці, Дніпропетровський професійний залізничний ліце