Введение
Глава 1. Предпосылки повышения твердости цельнокатаных вагонных колес 8
1.1. Основные дефекты колёс грузовых вагонов 9
1.1.1. Износ 9
1.1.2. Остроконечный накат (боковой износ) 16
1.1.3. Выщербинообразование 19
1.1.4. Изломы колес 23
1.2. Зарубежная практика и отечественный опыт 26
Глава 2. Колеса повышенной твердости первого поколения 38
2.1. Обоснование химического состава стали 38
2.2. Термическая обработка 41
2.2.1. Прерывистая закалка 41
2.2.2. Отпуск после закалки 42
2.2.3. Выбор параметров термообработки 43
2.2.3.1.Время закалки (замочки) 45
2.2.3.2. Интенсивность охлаждения 45
2.2.3.3. Температура отпуска 45
2.3. Лабораторные испытания колес повышенной твердости 46
2.3.1. Исследование микроструктуры 46
2.3.2. Механические свойства колес 51
2.3.3 .Выносливость дисков колёс с повышенной твёрдостью обода 51
2.4. Пробеговые испытания колес повышенной твердости 53
2.4.1. Методика проведения испытаний 53
2.4.2. Объекты испытаний 54
2.4.2.1. Колёса производства ОАО «ВМЗ» 54
2.4.2.2. Колёса производства ОАО «НТМК» 55
2.4.3. Результаты испытаний 55
2.4.3.1. Колеса производства ВМЗ 55
2.4.3.2. Колеса производства НТМК 56
2.5. Тормозные испытания полувагонов с колёсными парами с повышенной твёрдостью обода 58
2.5.1. Летние испытания 58
2.5.2. Зимние испытания 61
Выводы по главе 63
Глава 3. Исследование технологии изготовления колес с повышенной твердостью 65
3.1. Разрушения колёс с повышенной твёрдостью обода 65
3.2. Исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) цельнокатаных колес 75
3.2.1. Состояние вопроса 75
3.2.2. Экспериментальное определение остаточных напряжений с помощью рентгеновской тензометрии 78
3.2.2.1. Методика исследования 78
3.2.2.2. Сравнение остаточных напряжений в колесах повышенной твердости и рядового производства 85
3.2.2.3. Влияние отклонений от технологических режимов термообработки на НДС 87
3.2.3. Расчет напряженно-деформированного состояния колес с повышенной твердостью обода 95
3.2.3.1. Методика исследования 95
3.2.3.2. Расчет НДС при различных видах термической обработки 98
3.2.3.3. Расчет сходимости ободьев при радиальной разрезке 108
Выводы по параграфу 112
3.3. Металлургическое качество колесной стали 113
3.3.1. Причины повышенной загрязненности колесной стали 114
3.3.2. Анализ технологии выплавки колесной стали 119
3.3.3. Разработка технологии внепечной обработки колесной стали с продувкой аргоном 122
Выводы по параграфу 127
Глава 4. Колеса с повышенной твердостью обода, с запасом вязкости и надежности по отношению к хрупким разрушениям 128
4.1. Разработка технических требований 128
4.1.1. Обоснование химического состава стали 128
4.1.2. Предотвращение формирования чрезмерных остаточных напряжений при термообработке колес 135
4.1.2.1. Конструкция и размеры 135
4.1.2.2. Ограничение твердости ободьев колес 137
4.1.2.3. Контроль уровня напряженности ободьев 140
4.1.3. Обоснование вязкости и надежности по отношению к хрупким разрушениям 143
4.1.3.1. Нормы по чистоте стали и газонасыщенности 143
4.1.3.2. Предельные значения ударной вязкости 145
4.1.3.3. Влияние величины зерна 150
4.1.3.4. Другие меры , 150
4.2. Разработка режимов термической обработки колес с повышенной твердостью обода 151
4.3. Выпуск опытных партий колес с повышенной твердостью обода и колес повышенного качества 160
ВМЗ 161
4.4. Лабораторные и стендовые испытания опытных колес 162
4.4.1. Испытания на износостойкость 163
4.4.1.1. Методика испытаний 163
4.4.1.2. Обсуждение результатов 163
4.4.2. Испытания на контактную выносливость 164
4.4.2.1. Выбор схемы испытаний 164
4.4.3.1. Обсуждение результатов 165
4.4.3. Усталостные испытания 168
4.4.3.1. Методика стендовых испытаний 168
4.4.3.2. Обсуждение результатов 171
4.4.6. Эксплуатационные испытания 173
4.5. Колеса для перспективных осевых нагрузок (25 и 30 Тс на ось) 174
Выводы по четвертой главе 175
По колесам с повышенной твердостью обода 175
По колесам повышенного качества 177
Глава 5. Расчёт экономического эффекта 179
Заключение 181
1. Основные результаты диссертационной работы 181
2. Научная новизна теоретических положений и результатов экспериментальных исследований, полученных автором 182
3. Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы 183
4. Практическая ценность результатов диссертационной работы 184
5. Апробация работы 185
Список литературных источников 186
Приложения 191
