mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2021-19-1-48-59mirtr-2077Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGПовышение живучести железнодорожного колеса за счет применения поверхностно упрочняющих технологийIncreasing Service Life of a Railway Wheel with Surface Hardening TechnologyБуньковаТ. Г.BunkovaT. G.

Бунькова Тамара Геннадьевна – старший преподаватель кафедры вагонов и вагонного хозяйства, инженер кафедры технологий транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава

Омск

Bunkova, Tamara G. – Senior Lecturer at the Department of Wagons and Wagon Facilities, Engineer at the Department of Transport Mechanical Engineering Technology and Rolling Stock Repairs

Omsk

bunkovatg@mail.ruОмский государственный университет путей сообщенияРоссияOmsk State Transport UniversityRussian Federation2021280220211914859Copyright © Бунькова Т.Г., 20212021Бунькова Т.Г.Bunkova T.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2077

В статье представлены поверхностно упрочняющие технологии применительно к цельнокатаным колёсам подвижного состава. Полученные результаты теоретического исследования процесса упрочнения металла колеса позволят разработать научно обоснованные технологические и технические решения по предупреждению образования и развития дефектов на поверхности катания, а также их устранению в ремонтном производстве.

Цель настоящей работы заключается в установлении оптимального метода поверхностного упрочнения поверхности железнодорожного колеса с дефектами.

В настоящее время всё острее ощущается вопрос повышения живучести элементов, ответственных узлов и деталей подвижного состава. В связи с ограниченной экономической целесообразностью и ограни ченной доступностью имеющихся производственных технологий возникает необходимость создания нового материала, модифицированного нанокластерами и упрочнённого поверхностно-активными веществами.

Нанокластеры обладают высокими показателями пластичности и твёрдости. Для определения значения твёрдости наноматериалов используется метод измерения твёрдости по Виккерсу, при котором твёрдость определяется размером отпечатка после снятия нагрузки с алмазной пирамидки.

У наноструктур наблюдается сверхпластичность. Для никеля и сплава никеля с алюминием NiAl3 низкотемпературная сверхпластичность отмечается в интервале температур 450–470°C, что в три раза меньше их температуры плавления.

The article presents surface hardening technology as applied to solid-rolled wheels of rolling stock. The obtained results of the theoretical study on the process of strengthening the metal of the wheel will make it possible to develop scientifically grounded technological and technical solutions to prevent formation and development of defects on the rolling surface, as well as to eliminate them during maintenance.

The objective of this work is to identify the optimal method for surface hardening of a railway wheel with defects.

At present, the issue of extending service life of elements and critical parts of rolling stock is becoming increasingly acute. Due to the limited economic feasibility and limited availability of existing production technologies, it becomes necessary to create a new material modified with nanoclusters and hardened with surfactants.

Nanoclusters have high plasticity and hardness values. To determine the hardness value of nanomaterials, the Vickers hardness test method is used, in which hardness is determined by the size of the area of the indentation after removing the load from the pyramid shaped diamond.

Superplasticity is observed in nanostructures. For nickel and nickel-aluminium alloy NiAl3, low-temperature superplasticity is observed in the temperature range 450–470°C, which is three times lower than their melting point.

железная дорогажелезнодорожное колесодефектыхимический анализмеханические свойстваповерхностное упрочнениеживучестьнаноинженерияrailwayrailway wheeldefectschemical analysismechanical propertiessurface hardeningservice lifenanoengineeringReferencesГригорьев С. Н., Грибков А. А., Алёшин С. В. Технологии нанообработки. – Старый Оскол: ТНТ, 2008. – 242 с. [Электронный ресурс]: http://msi.ulstu.ru/files/%D0%93%D1%80%D0%B8%D0%B3%D0%BE%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%20%D0%A1.%D0%9D.%20%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8%20%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8.pdf. Доступ 12.01.2021.Grigoriev, S. N., Gribkov, A. A., Alyoshin, S. V. Techn ol ogie s o f nanoprocessing [Tekhnologii nanoobrabotki]. Stary Oskol, TNT publ., 2008, 242 p. [Electronic resource]: http://msi.ulstu.ru/files/%D0%93%D1%80%D0%B8%D0%B3%D0%BE%D1%80%D1%8C%D0%B5%D0%B2%20%D0%A1.%D0%9D.%20%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8%20%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8.pdf. Last accessed 12.01.2021.Жабрев В. А., Марголин В. И., Павельев В. С. Введение в нанотехнологию (Общие сведения, понятия и определения). – Самара: СГАУ, 2007. – 172 с. [Электронный ресурс]: http://repo.ssau.ru/bitstream/Uchebnye-posobiya/Vvedenie-v-nanotehnologiu-obshiesvedeniya-ponyatiya-i-opredeleniya-Elektronnyi-resursucheb-posobie-54393/1/%d0%96%d0%b0%d0%b1%d1%80%d0%b5%d0%b5%d0%b2%20%d0%92.%d0%90.%20%d0%92%d0%b2%d0%b5%d0%b4%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d0%b5%20%d0%b2%20%d0%bd%d0%b0%d0%bd%d0%be%d1%82%d0%b5%d1%85%d0%bd%d0%be%d0%bb%d0%be%d0%b3%d0%b8%d1%8e.pdf. Доступ 12.01.2021.Zhabrev, V. A., Margolin, V. I., Pavelyev, V. S. Introduction to nanotechnology (General information, concepts, and definitions) [Vvedenie v nanotekhnologiyu (Obshchie svedeniya, ponyatiya i opredeleniya)]. Samara, SSAU publ., 2007, 172 p. [Electronic resource]: http://repo.ssau.ru/bitstream/Uchebnye-posobiya/Vvedenie-v-nanotehnologiu-obshie-svedeniyaponyatiya-i-opredeleniya-Elektronnyi-resurs-uchebposobie-54393/1/%d0%96%d0%b0%d0%b1%d1%80%d0%b5%d0%b5%d0%b2%20%d0%92.%d0%90.%20%d0%92%d0%b2%d0%b5%d0%b4%d0%b5%d0%bd%d0%b8%d0%b5%20%d0%b2%20%d0%bd%d0%b0%d0%bd%d0%be%d1%82%d0%b5%d1%85%d0%bd%d0%be%d0%bb%d0%be%d0%b3%d0%b8%d1%8e.pdf. Last accessed 12.01.2021.Кирчанов В. С. Наноматериалы и нанотехнологии. – Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политех. ун-та, 2016. – 193 с. [Электронный ресурс]: https://pstu.ru/files/2/file/kafedra/fpmm/of/Nanomateriali_i_nanotehnologii_bak.pdf. Доступ 12.01.2021.Kirchanov,V. S. Nanomaterials and nanotechnologies [Nanomaterialy i nanotekhnologii]. Perm, Publishing house of Perm National Research Polytechnic University, 2016, 193 p. [Electronic resource]: https://pstu.ru/files/2/file/kafedra/fpmm/of/Nanomateriali_i_nanotehnologii_bak.pdf. Last accessed 12.01.2021.Tsikunov,A. E. Study of defectsin the rims ofrailway wheels. Minsk, Flame, 1966, 48 p.Tsikunov, A. E. Study of defects in the rims of railway wheels. Minsk, Flame, 1966, 48 p.Asplund,M., Palo,M.,Famurewa, S. [et al]. Astudy of railway wheel profil parameters used as indicators of an increased risk of wheel defects, Proc. Inst. Mech. Eng., PartF: J. RailRapidTransit, 2016,Vol. 230(2),pp. 323–334.Asplund, M., Palo, M., Famurewa, S. [et al]. A study of railway wheel profil parameters used as indicators of an increased risk of wheel defects. Proc. Inst. Mech. Eng., Part F: J. Rail Rapid Transit, 2016, Vol. 230 (2), pp. 323–334.Алехин В. П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоёв материалов. – М.: Наука, 1983. – 280 с.Alekhin, V. P. Physics of strength and plasticity of surface layers of materials [Fizika prochnosti i plastichnosti poverkhnostnykh sloev materialov]. Moscow, Nauka publ., 1983, 280 p.Алехин В. П. Физические закономерности микропластической деформации поверхностных слоёв материалов и получения нанокристаллического состояния / Машиностроительные технологии 04: Сб. пленарных докладов IVмеждународного конгресса (Варна, Болгария, сентябрь 2004 г.). С. 12–19.Alekhin, V. P. Physical laws of microplastic deformation of surface layers of materials and obtaining nanocrystal line state [Fizicheskie zakonomernosti mikroplasticheskoi deformatsii poverkhnostnykh sloev materialov i polucheniya nanokristalicheskogo sostoyaniya]. Mechanical engineering technologies 04: Proceedings of plenary reports of 4th International Congress (Varna, Bulgaria, September 2004), pp. 12–19.Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. – М.: Металлургиздат, 1960. – 265 с.Gubkin, S. I. Plastic deformation of metals [Plasticheskaya deformatsiya metallov]. Moscow, Metallurgizdat publ., 1960, 265 p.Нагорнов Ю. С. 101 вопрос о нанотехнологиях. – Тольятти: ТГУ, 2012. – 110 с. [Электронный ресурс]: http://window.edu.ru/resource/126/80126/files/nagornov_nano_101.pdf. Доступ 12.01.2021.Nagornov, Yu. S. 101 question of nanotechnology [101 vopros nanotekhnologii]. Togliatti, TSU publ., 2012, 110 p. [Electronic resource]: http://window.edu.ru/resource/126/80126/files/nagornov_nano_101.pdf. Last accessed 12.01.2021.Новиков Л. С., Воронина Е. Н. Перспективы применениянаноматериалов вкосмическойтехнике. – М.: Университетская книга, 2008. – 188 с. [Электронный ресурс]: http://eb.arsu.kz:81/pdf/foreign/%D0%9D%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2_%D0%92%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0_perspektivy_primeneniya_nanomateria.pdf. Доступ 12.01.2021.Novikov, L. S., Voronina, E. N. Prospects for the use of nanomaterials in space technology [Perspektivy primeneniya nanomaterialov v kosmicheskoi tekhnike]. Moscow, Universitetskaya kniga publ., 2008, 188 p. [Electronic resource]: http://eb.arsu.kz:81/pdf/foreign/%D0%9D%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2_%D0%92%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BD%D0%B0_perspektivy_primeneniya_nanomateria.pdf. Last accessed 12.01.2021.Кирчанов В. С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики. – Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политех. ун-та, 2020. – 268 с. [Электронный ресурс]: https://pstu.ru/files/2/file/kafedra/fpmm/of/Fizicheskie_osnovi_nanotehnologiyi_fotoniki_i_optoinformatiki_mag.pdf. Доступ 12.01.2021.Kirchanov, V. S. Physical foundations of nanotechnology photonics and option formatics [Fizicheskie osnovy nanotekhnologii fotoniki i optoinformatiki]. Perm, Publishing house of Perm National Research Polytechnic University, 2020, 268 p. [Electronic resource]: https://pstu.ru/files/2/file/kafedra/fpmm/of/Fizicheskie_osnovi_nanotehnologiyi_fotoniki_i_optoinformatiki_mag.pdf. Last accessed 12.01.2021.Алехин В. П., Алехин О. В. Нанотехнология поверхностной упрочняющей и финишной обработки деталей из конструкционных и инструментальных сталей // Машиностроение и инженерное образование. – 2007. – № 4. – С. 2–13. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12051704. Доступ 12.01.2021.Alekhin, V. P., Alekhin, O. V. Nanotechnology of surface hardening and finishing of parts made o fstructural and tool steel [Nanotekhnologiya poverkhnostnoi uprochnyayushchei i finishnoi obrabotki detalei iz konstruktsionnykh iinstrumentalnykh stalei]. Mashinostroenie i inzhenernoe obrazovanie, 2007, Iss. 4, pp. 2–13. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12051704. Last accessed 12.01.2021.Liu, Sen Hui; Li, Cheng-Xin; Li, Lu; Huang, Jia-Hua; Xu, Pan; Hu, Ying-Zhen; Yang, Guan-Jun; Li, Chang-Jiu. Development of long laminar plasma jet on thermal spraying process: microstructures of zirconia coatings. Surface and Coatings Technology, 2018, Vol. 337, pp. 241–249. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.01.003.Liu, Sen Hui; Li, Cheng-Xin; Li, Lu; Huang, JiaHua; Xu, Pan; Hu, Ying-Zhen; Yang, Guan-Jun; Li, Chang-Jiu. Development of long laminar plasma jet on thermal spraying process: microstructures of zirconia coatings. Surface and Coatings Technology, 2018, Vol. 337, pp. 241–249. 2018. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.01.003.Xiang,Yong;Yu,Deping;Liu,Fangyuan;Lv,Cheng; Yao, Jin. Determining the heat flux distribution of laminar plasma jetimpinging upon a flatsurface: an indirect method using surface transformation hardening. International Journal of Heat andMassTransfer, 2018,Vol. 118, pp. 879– 889. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.050.Xiang, Yong; Yu, Deping; Liu, Fangyuan; Lv, Cheng; Yao, Jin. Determining the heat flux distribution of laminar plasma jet impinging upon a flat surface: an indirect method using surface transformation hardening. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, Vol. 118, pp. 879–889. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.11.050.Алехин В. П., Алехин О. В. Физические закономерностимикропластической деформации поверхностных слоёв материалов // Деформация и разрушение материалов. – 2005. – № 9. – С. 24–31. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12000469. Доступ 12.01.2021.Alekhin, V. P., Alekhin, O. V. Physical laws of microplastic deformation of surface layers of materials [Fizicheskie zakonomernosti mikroplasticheskoi deformatsii poverkhnostnykh sloev materialov]. Deformatsiya irazrushenie materialov, 2005,Iss. 9, pp. 24–31. [Electronic resource]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12000469. Last accessed 12.01.2021.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.