Магістерська кваліфікаційна робота н а тему: Роль структури у формуванні

деталях залізничної колії
Виконала ст. групи ПРМм – 21
Сичак Н.С.
Керівник к.т.н.,

доцент Кузін О.А.

Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Інститут Інженерної Механіки та Транспорту
Кафедра “ Прикладне матеріалознавство то обробка матеріалів ”

пошкоджень в костилях залізничної колії при різних умовах експлуатації.
Об’єкт дослідження

– костилі, що експлуатувались на прямих і кривих дільницях залізничної колії малих радіусів.
Завдання:
Провести критичний аналіз проблемних питань формування пошкоджень в деталях кріплень залізничних рейок.
Дослідити механічні властивості і характер руйнування костилів залізничної колії у вихідному стані, і після експлуатації на кривих та прямих дільницях колії.
Визначити вплив гарячого об’ємного штампування на мікроструктуру і технологічну пошкодженість костилів у вихідному стані.
Оцінити вплив умов експлуатацій на формування розсіяної пошкодженості в костилях залізничної колії.
З використанням підходів механіки провести обґрунтування вибору структури для підвищення опору утворення пошкоджень костилів залізничних колій.
Методика дослідження: оптична мікроскопія, визначення механічних властивостей при випробуваннях на розтяг, дослідження твердості, коефіцієнта Вейбулла і пошкодженості.

– вид збоку; б – передній вид.

штампу для отримання костилів методом гарячого об’ємного штампування.

Рис.3 — Загальний

вигляд робочої частини штампу для отримання костилів.

під час штампування і його наступне охолодження струменем води.

Рис.

5 — Костиль після гарячого об’ємного штампування, який вилучений з порожнини штампу.

та її нахил дією бокових сил (вигляд зверху).
Рис.6 — Місця

руйнування костилів на перевальній дільниці колії.

Рис.7 — Схема розміщення тріщин у зруйнованих костилях.

Загальний вигляд костиля вилученого після експлуатації з ділянки колії малого

радіусу.

Рис. 9 — Загальний вигляд нового костиля.

№2; в - №3.
а)
б)
в)

розподілу, при цьому параметр
m- коефіцієнт гомогенності, який відображає ступінь розсіяння

характеристик досліджуваної властивості визначається за формулою Гумбеля:

де, – середнє
значення логарифма твердості.

Рис.12 — Блок схема програми Mathcad, яка використана для оцінювання характеристик твердості

віддалі (L) від поверхні розтягу в костилі №1, який не

був в експлуатації.

Рис.14 — Значення коефіцієнта розсіяння твердості (m) на різній віддалі (L) від поверхні розтягу в костилі №2, який був в експлуатації в дільниці колії малого радіусу.

Рис.15 — Значення коефіцієнта розсіяння твердості (m) на різній віддалі (L) від поверхні розтягу в костилі №3, який був в експлуатації в дільниці колії малого радіусу.

m

m

m

Результати визначення коефіцієнта розсіяння твердості (m) у вихідному стані та на кривих дільницях колії малих радіусів

— Значення коефіцієнта розсіяння твердості (m) на різній віддалі (L)

від поверхні розтягу в костилі №4, який був в експлуатації на прямій дільниці.

Рис.17 — Значення коефіцієнта розсіяння твердості (m) на різній віддалі (L) від поверхні розтягу в костилі №5, який був в експлуатації на прямій дільниці.

Рис.18 — Значення коефіцієнта розсіяння твердості (m) на різній віддалі (L) від поверхні розтягу в костилі №6, який був в експлуатації на прямій дільниці.

m

m

m

(повздовжній шліф), після травлення 4% розчином азотної кислоти у спирті.
Рис.20

— Мікроструктура костиля №2, що був в експлуатації на дільниці колії малих радіусів (повздовжній шліф), після травлення 4% розчином азотної кислоті в спирті.

Рис.21 — Мікроструктура костиля №3, який був в експлуатації на дільниці колії малих радіусів (повздовжній шліф), після травлення 4% розчином азотної кислоти в спирті.

на прямій дільниці колії (повздовжній шліф, травлення 4% розчином азотної

кислоти в спирті).

Рис.23 — Мікроструктура костиля №5 , що був в експлуатації на прямій дільниці колії (повздовжній шліф, травлення 4% розчином азотної кислоти в спирті).

Рис.24 — Мікроструктура костиля №6, що був в експлуатації на прямій дільниці колії (повздовжній шліф, травлення 4% розчином азотної кислоти в спирті).

досліджених костилів.

пошкодженість костиля у вихідному стані;
— середня пошкодженість костиля на різних

ділянках колії.

Рис.25 — Значення середньої пошкодженості костилів, що були в експлуатації на кривій (№2) і прямій (№4, №5, №6) дільницях колії відносно нового костиля №1

Рис.26 — Вплив кількості перліту (%) на пошкодженість (W) костилів після експлуатації на прямих дільницях колії.

пошкодженості (Wе) на різній віддалі (L) від поверхні розтягнення досліджених

костилів №2, №4, №5 та №6.

де, Wе — пошкодженість зони костиля, що розташований на заданій віддалі від поверхні;
— розсіяння твердості костиля у вихідному стані на заданій глибині;
— розсіяння характеристик твердості на заданій віддалі в костилі, що був в експлуатації.

дільниці колії малих радіусів (повздовжній шліф), утворення корозійних тріщин на

границях зерен фериту.

Рис.29 — Мікроструктура костиля №3, який був в експлуатації на дільниці колії малих радіусів (повздовжній шліф), утворення тріщин у відманштетовій структурі

Вплив структури на руйнування костилів в різних умовах експлуатації

які визначаються за результатами вимірювання характеристик твердості виявляється в костилях

залізничної колії, як після виготовлення деталей методом гарячого об’ємного штампування так і після їх експлуатації.
На формування розсіяних пошкоджень значний вплив має вихідна структура костилів залізничної колії, а також умови їх роботи.
Мікроструктурними дослідженнями встановлено, що під час виготовлення костилів методом гарячого об’ємного штампування, в них формується структура з різною кількостю перліту (від 31% до 43%), а також відманштеттова, що вказує на різний вміст вуглецю, супутніх легуючих елементів і домішок у вихідних заготовках, які використовуються для виготовлення деталей.
Формування технологічних розсіяних пошкоджень у деталях під час їх виготовлення пов’язано із нерівномірністю пластичної деформації в зонах заготовки при гарячому об’ємному штампуванні.
Аналіз механічних властивостей показав, що вихідна структура і умови експлуатації мають сутєвий вплив на міцністні і пластичні характеристики досліджених деталей. У вихідному стані при наявності ферито-перлітної структури міцність є вищою ніж у виробах після експлуатації. В костилях з відманштеттовою структурою сутєво зменшується різниця між границею міцності і границею текучості у порівняні із матеріалами костилів з ферито-перлітною структурою.
Значний вплив на утворення розсіяних пошкоджень має кількість перліту в костилях залізничної колії його змешення від 40 до 31% призводить до збільшення пошкодженності деталей під час експлуатації.
Дослідження пошкодженості костилів зруйновних при експлуатації вказує, що негативний вплив відманштеттової структури проявляється в меншій мірі ніж в костилях з ферито-перлітною структурою. При експлуатації костилів з такою структурою утворюється фізично короткі тріщини, які перетворюються в локалізовані тріщини, що розвиваються при дії навантажень як в зоні розтягнення так в зоні стискання деталей.