Сравнительный анализ характеристик бандажей колёсных пар, закалённых с использованием лазерного и плазменного источника тепла

Боковой износ гребня колёсной пары локомотива является одним из основных видов износа, возникающего при эксплуатации подвижного состава. Важной характеристикой обода железнодорожного колеса является его износостойкость, которая напрямую зависит от содержания углерода в стали. Содержание углерода в колёсной стали 2 в количестве 0,55–0,65 связано с тем, что при его меньшей концентрации увеличивается доля зернограничного феррита, что приводит к снижению контактной прочности колёс, а при большей – приводит к склонности к хрупкому разрушению.

Повышенное содержание углерода позволяет осуществить закалку поверхности стали. Для уменьшения износа гребня бандажа и увеличения ресурса колёсных пар локомотивов возможно применение технологий плазменного и лазерного упрочнения.

Целью данной работы является определение преимуществ и недостатков технологий лазерного и плазменного упрочнения рабочих поверхностей бандажей колёсных пар железнодорожного подвижного состава.

В работе проводится сравнительный анализ микроструктуры и микротвёрдости упрочнённых методом плазменной и лазерной закалки бандажей колёсных пар тепловоза 2ТЭ25КМ, выполненных из колёсной стали 2 ГОСТ 398-2010.

Поставленные задачи решались с использованием теоретических и экспериментальных методов исследования.

Подготовка и исследование закалённых образцов выполнено на оборудовании испытательной лаборатории ООО НТО «ИРЭ-Полюс».

Проведено исследование зон упрочнения в различных областях и участках бандажа. Проведены трибологические испытания на износостойкость образцов, закалённых с использованием высокомощного волоконного лазера. Выявлены основные преимущества и недостатки процессов лазерной и плазменной закалки.

Проведённые исследования позволяют сделать вывод о высокой перспективности применения технологии лазерной закалки для упрочнения бандажей колёсных пар как альтернативы процессу плазменного упрочнения.

1. Богданов А. В., Грезев Н. В., Шмелев С. А., Мур- заков М. А., Маркушов Ю. В. Упрочнение колёсной стали волоконными лазерами // Наукоёмкие технологии в машиностроении. − 2016. − № 9 (63). − С 30−37. [Электронный ресурс]: https://bstu.editorum.ru/ru/nauka/article/12986/view. Доступ 27.05.2022.

2. Богомолов А. В., Канаев А. Т. Плазменная технология упрочнения гребней локомотивных колёсных пар // Инновации в материаловедении и металлургии: материалы I междунар. интерактив. науч.-практ. конф. [13−19 дек. 2011, г. Екатеринбург]. − Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2012. − Ч. 1. − С. 38−43. [Электронный ресурс]: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/27924/1/ivmim_2011_08.pdf. Доступ 27.05.2022. ISBN 978-5-7996-0708-1, 978-5-7996-0709-8.

3. Богданов А. В., Голубенко Ю. В. Волоконные технологические лазеры и их применение: Учеб. пособие. − СПб.: Лань, 2016. – 208 с. ISBN 978-5-8114-2027-8.

4. Менушенков А. П., Неволин В. Н., Петровский В. Н. Физические основы лазерной технологии. − М.: НИЯУ МИФИ, 2010. − 210 с. ISBN 978-5-7262-1252-4.

5. Марков Д. П. Трибология и ее применение на научно-исследовательского института железнодорожного транспорта). − М.: Интекст, 2007. − 408 с. ISBN 978-5-89277-080-4.

6. Шмелев С. А., Богданов А. В., Татаркин Д. Ю., Хриптович Е. В. Разработка оптимальных режимов упрочнения контактных поверхностей колёсных пар вагонов и локомотивов с использованием волоконных лазеров // Будущее машиностроения России: Сб. до- кладов Десятой Всероссийской конференции молодых учёных и специалистов (с международным участи- ем). − 2017. − С. 230−236. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41786898&pff=1. Доступ 27.05.2022.

7. Глазунов В. Д. Способы снижения износа колёсных пар подвижного состава // Известия Уральского государственного горного университета. − 2019. − № 2 (54). − С. 107−114. [Электронный ресурс]: https://iuggu.ru/download/2019/2-54-2019/14_Glazunov.pdf. Доступ 27.05.2022. DOI: 10.21440/2307-2091-2019-2-107-114.

8. Петров С. Ю., Рябов А. А., Костюкевич А. И. Упрочнение гребней и снижение износа колёсных пар // Мир транспорта. – 2013. − № 2 (46). – С. 62−69. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=19412518. Доступ 27.05.2022.

9. Киселев С. Н., Саврухин А. В., Кузьмина Г. Д. Влияние плазменной обработки на напряжённо-деформированное и структурное состояние гребней бандажей колёс локомотивов // Сварочное производство. − 2001. − № 6. − С. 9–17.

10. Буйносов А. П. Основные причины интенсив- ного износа бандажей колёсных пар подвижного со- става и методы их устранения. − Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2009. – 223 с. ISBN 978-5-94614-148-2 [ограниченный доступ].

11. Wang, Wenjian; Guo, Jun; Liu, Qiyue. Experimental study on wear and spalling behaviors of railway wheel. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2013, Vol. 26, Iss. 6, pp. 1243−1249. [Электронный ресурс]: https://cjme.springeropen.com/counter/pdf/10.3901/CJME.2013.06.1243.pdf . DOI:10.3901/CJME.2013.06.1243 [ограниченный доступ].

12. Deters, L., Proksch, M. Friction and wear testing of rail and wheel material. Wear, 2005, Vol. 258, Iss. 7−8, pp. 981−991. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2004.03.045.

13. Марков Д. П. Механика и трибология бокового износа колёс и рельсов // Вестник РГУПС. − 2003. − № 3. − С. 16–23. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=11693847. Доступ 27.05.2022.

14. Шмелев С. А. Разработка оборудования для получения линейного профиля излучения волоконного лазера, обеспечивающего высокоэффективную обработку гребней железнодорожных колёс // Дисс… канд. техн. наук. − МГТУ имени Н. Э. Баумана» (национальный железнодорожном транспорте (Труды Всероссийского исследовательский университет), 2020 – 166 с