Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес
Приведены экспериментальные данные по влиянию состава наплавочных материалов на формирование структуры и механические свойства наплавленного металла на колесах из стали марки 2. С применением аналитических методов оценены прочностные свойства, пластичность и трещиностойкость восстановленных наплавко...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101260 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес / А.А. Гайворонский, В.Д. Позняков, Л.И. Маркашова, Е.Н. Бердникова, А.В. Клапатюк, Т.А. Алексеенко, А.С. Шишкевич // Автоматическая сварка. — 2012. — № 8 (712). — С. 18-24. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859519868559163392 |
|---|---|
| author | Гайворонский, А.А. Позняков, В.Д. Маркашова, Л.И. Маркашова, Е.Н. Клапатюк, А.В. Алексеенко, Т.А. Шишкевич, А.С. |
| author_facet | Гайворонский, А.А. Позняков, В.Д. Маркашова, Л.И. Маркашова, Е.Н. Клапатюк, А.В. Алексеенко, Т.А. Шишкевич, А.С. |
| citation_txt | Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес / А.А. Гайворонский, В.Д. Позняков, Л.И. Маркашова, Е.Н. Бердникова, А.В. Клапатюк, Т.А. Алексеенко, А.С. Шишкевич // Автоматическая сварка. — 2012. — № 8 (712). — С. 18-24. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Приведены экспериментальные данные по влиянию состава наплавочных материалов на формирование структуры и механические свойства наплавленного металла на колесах из стали марки 2. С применением аналитических методов оценены прочностные свойства, пластичность и трещиностойкость восстановленных наплавкой железнодорожных колес. Установлено, что для обеспечения требуемого комплекса механических свойств, высокой стойкости против образования трещин в основном и наплавленном металле для восстановления дуговой наплавкой железнодорожных колес из стали марки 2 целесообразно применять наплавочные материалы бейнитного или бейнитномартенситного класса.
Experimental data are given on the effect of composition of cladding consumables on formation of structure and mechanical properties of the deposited metal on wheels of steel 2. Strength properties, ductility and crack resistance of the railway wheels repaired by cladding were evaluated by the analytical methods. Cladding consumables of the bainitic or bainiticmartensitic grade were found to be most appropriate for repair of railway wheels of steel 2 by arc cladding to ensure the required combination of mechanical properties and high crack resistance of the base and deposited metals.
|
| first_indexed | 2025-11-25T20:53:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.927.535
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ВОССТАНОВЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС
А. А. ГАЙВОРОНСКИЙ, канд. техн. наук, В. Д. ПОЗНЯКОВ, Л. И. МАРКАШОВА, доктора техн. наук,
Е. Н. БЕРДНИКОВА, канд. техн. наук, А. В. КЛАПАТЮК, Т. А. АЛЕКСЕЕНКО, А. С. ШИШКЕВИЧ, инженеры
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведены экспериментальные данные по влиянию состава наплавочных материалов на формирование структуры
и механические свойства наплавленного металла на колесах из стали марки 2. С применением аналитических
методов оценены прочностные свойства, пластичность и трещиностойкость восстановленных наплавкой железно-
дорожных колес. Установлено, что для обеспечения требуемого комплекса механических свойств, высокой стойкости
против образования трещин в основном и наплавленном металле для восстановления дуговой наплавкой желез-
нодорожных колес из стали марки 2 целесообразно применять наплавочные материалы бейнитного или бейнитно-
мартенситного класса.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, железнодорожные
колеса, наплавленный металл, зона термического влияния,
структура, свойства, трещиностойкость
Вопрос об обеспечении надежности и долговеч-
ности подвижного состава с увеличением коли-
чества перевозок и интенсивности движения же-
лезнодорожного транспорта становится все более
актуальным. Наиболее остро это касается базовых
деталей и механизмов ходовых частей вагонов и
локомотивов, основным элементом которых яв-
ляется колесо, непосредственно контактирующее
с рельсом. При эксплуатации поверхность катания
колеса изнашивается. В значительной степени
подвержена износу внутренняя поверхность греб-
ня, что определяется условиями работы пары тре-
ния-качения колесо–рельс. Восстановление изно-
шенного профиля катания колеса выполняют на
специализированных ремонтных предприятиях
железнодорожного транспорта методом механи-
ческой обточки или, что экономически более вы-
годно, предварительно выполнив восстановитель-
ную наплавку поверхности гребня.
Железнодорожные колеса грузового транспор-
та, бандажи колес локомотивов, бандажи трам-
вайных колес пассажирского транспорта изготав-
ливают из высокопрочных углеродистых сталей,
химический состав и механические свойства ко-
торых приведены в табл. 1, 2. Как видно, колесные
стали отличаются высокой прочностью и твер-
достью. Такие свойства металла обеспечивают не-
обходимый уровень эксплуатационной прочности
колес. На железнодорожном транспорте Украины
и стран СНГ наиболее широко применяются бан-
дажи и цельнокатаные колеса из стали марки 2.
В соответствии с ГОСТ 10791–89 содержание уг-
лерода в колесной стали марки 2 составляет
0,55…0,65 %. Однако, как свидетельствует опыт,
наиболее часто железнодорожные бандажи и ко-
леса изготавливают из стали, содержание угле-
рода в которой не превышает 0,60 мас. %.
В настоящее время при восстановлении нап-
лавкой изношенных поверхностей железнодорож-
ных колес применяют несколько технологий —
это одно- или двухдуговая наплавки под слоем
флюса, реже наплавка в среде защитных газов.
При этом в качестве наплавочных материалов ис-
пользуют сварочные проволоки сплошного сече-
ния ферритно-перлитного (Св-08ГС, Св-08Г2С),
бейнитного (Св-10ГСМТ, Св-08ХМ) или бейнит-
но-мартенситного (Св-10ХГ2СМФ) классов [1–3].
При восстановлении наплавкой изношенных гребней
цельнокатаных колес грузовых вагонов применяют
бейнитные и бейнитно-мартенситные наплавочные
© А. А. Гайворонский, В. Д. Позняков, Л. И. Маркашова, Е. Н. Бердникова, А. В. Клапатюк, Т. А. Алексеенко, А. С. Шишкевич, 2012
Та б л и ц а 1. Химический состав высокопрочных колесных сталей, мас. %
Нормативный
документ
Марка
стали C Mn Si V
S P
не более
ГОСТ 10791–89 1 0,44…0,52 0,80…1,20 0,40…0,60 0,08…0,15 0,030 0,035
ГОСТ 10791–89 2 0,55…0,65 0,50…0,90 0,22…0,45 ≤ 0,10 0,030 0,035
ТУ У 35.2-23365425-600:2006 Т 0,58…0,67 0,70…0,90 ≤ 0,4 0,08…0,15 0,020 0,025
18 8/2012
материалы. Наплавку выполняют при регулиру-
емом термическом цикле с применением пред-
варительного подогрева от 150 до 250 °С и за-
медленного охлаждения колес после наплавки.
Технологии обеспечивают качественное восста-
новление изношенного металла колес и их рабо-
тоспособность при последующей эксплуатации. В
то же время при восстановлении профиля катания
бандажей трамвайных колес на некоторых пред-
приятиях еще используют технологию 1960-х го-
дов, когда наплавку выполняли проволокой Св-
08А без предварительного подогрева и замедлен-
ного охлаждения изделий.
Очевидно, что при таком разнообразии тех-
нологий свойства наплавленного металла, зоны
сплавления и участков металла ЗТВ соединений
существенно отличаются. Это влияет на трещи-
ностойкость восстановленных наплавкой колес и
их дальнейшую работоспособность. С точки зре-
ния надежности и безопасности движения желез-
нодорожного транспорта при восстановлении нап-
лавкой колес необходимо обеспечить эксплуата-
ционные свойства наплавленного металла на
уровне колесной стали. Например, при восстанов-
лении гребней цельнокатаных колес грузовых ва-
гонов твердость наплавленного металла HB дол-
жна быть не ниже 2500 МПа, а предел прочности
— не ниже 700 МПа. При этом необходимо обес-
печить однородность структуры и минимальный
уровень градиента напряжений в переходной зоне
от наплавленного к основному металлу, так как
нормализация изделий после наплав-
ки не предусмотрена.
Целью настоящей работы явля-
лось проведение сравнительной оцен-
ки комплекса свойств наплавленного
металла в зависимости от его состава,
определение особенностей структур-
ных изменений в наплавках и их вли-
яние на механические свойства сое-
динений колесной стали. В качестве
объекта исследований была выбрана
колесная сталь марки 2 следующего
химического состава, мас. %: 0,58 C;
0,77 Mn; 0,44 Si.
Влияния термодеформационного
цикла сварки на структуру и меха-
нические свойства колесной стали
марки 2 рассмотрено в работе [2], где показано,
что скорость охлаждения может существенно вли-
ять на структурно-фазовый состав и механические
свойства металла ЗТВ. В диапазоне скоростей ох-
лаждения w6/5 = 1,15…32 °С/с предел прочности
металла ЗТВ колесной стали может изменяться
от 940 до 1060 МПа, а предел текучести — от
600 до 715 МПа. При этом его относительное уд-
линение δ5 находится в диапазоне 9,3…13,3 %,
а сужение ψ — 24,9…33,3 %.
Для определения механических свойств нап-
лавленного металла был выбран метод, при ко-
тором образцы для испытаний вырезали из вер-
хних слоев металла шва многослойных сварных
соединений с V-образной разделкой размером
350×250×20 мм, зазор в корне которых составлял
10 мм. При таком варианте соединения переме-
шивание основного металла и шва в центральном
его сечении минимальное, что может быть при-
равнено к условиям многослойной наплавки. Ав-
томатическую сварку таких соединений выпол-
няли под слоем флюса АН-348 проволоками
сплошного сечения марок Св-08Г2С, Св-08ХМ и
Св-08ХМФ диаметром 2,0 мм. Некоторые соеди-
нения были сварены в среде углекислого газа по-
рошковой проволокой ПП-АН180МН (тип леги-
рования 10ХГСМНФТ) диаметром 2,0 мм. Сварку
соединений выполняли с предварительным подог-
ревом до температуры 150 °С. Режимы сварки
были подобраны таким образом, чтобы обеспе-
чить погонную энергию Qсв в диапазоне
11…13 кДж/см. В дальнейшем из верхних слоев
металла шва соединений вырезали специальные
образцы для испытаний на растяжение (ГОСТ
1497) и ударный изгиб (ГОСТ 9454). Химический
состав и механические свойства металла швов
приведены в табл. 3, 4. Как показали результаты
испытаний, за исключением проволоки Св-08Г2С,
все наплавочные материалы позволяют получить
наплавленный металл, прочность и твердость ко-
Т а б л и ц а 2. Механические свойства высокопрочных
колесных сталей
Марка
стали σв, МПа
δ5, % ψ, % KCU+20, Дж/см2 HB, МПа
не менее
1 900…1100 12 21 30 2480
2 930...1130 8 14 20 2500
Т ≥ 1100 8 14 18 3200
Т а б л и ц а 3. Химический состав металла швов, мас. %
Проволока C Mn Si Cr Ni V Mo
Св-08Г2С 0,10 2,10 0,95 — — — —
Св-08ХМ 0,12 1,36 0,60 0,60 — — 0,42
Св-08ХМФ 0,12 1,25 0,62 0,61 — 0,10 0,36
ПП-АН180МН 0,12 1,00 0,35 0,67 0,80 0,10 0,40
Т а б л и ц а 4. Механические свойства металла швов
Проволока σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KСU+20, Дж/см2 HB, МПа
Св-08Г2С 510 590 25,4 63,0 130 2100
Св-08ХМ 535 705 21,0 61,0 98 2500
Св-08ХМФ 610 730 17,2 56,3 86 2600
ПП-АН180МН 700 790 12,7 57,6 97 2600
8/2012 19
торого находится на уровне требований, предъяв-
ляемых к восстановленным железнодорожным ко-
лесам грузовых вагонов.
Как известно, свойства наплавленного металла
определяются его структурно-фазовым составом,
который формируется в процессе сварки и ох-
лаждения соединений. Поэтому цель дальнейших
исследований заключалась в изучении влияния ус-
ловий сварки на структурно-фазовый состав ме-
талла шва и ЗТВ сварных соединений колесной
стали марки 2. Состояние структуры металла ис-
следовали на различных уровнях — от макро (зе-
ренного) до микро (дислокационного).
С учетом этих данных, применив уравнение
Арчарда, а также известные зависимости Холла–
Петча, Орована и др., было установлено расчет-
ным путем как изменяется в различных зонах
сварного соединения предел текучести σ0,2 ме-
талла:
Σσт = Δσ0 + Δσт.р + Δσз + Δσс + Δσп + Δσд + Δσд.у, (1)
где Δσ0 — сопротивление решетки металла дви-
жению свободных дислокаций; Δσт.р упрочнение
твердого раствора легирующими элементами и
примесями; Δσз; Δσс — упрочнения за счет из-
менения величины зерна и субзерна; Δσп — уп-
рочнение за счет перлита; Δσд — дислокационное
упрочнение; Δσд.у — дисперсионное упрочнение.
При этом был оценен вклад отдельных струк-
турных составляющих, величины зерна, субзерна,
плотности дислокаций на изменение общей (интег-
ральной) прочности. Метод проведения аналитичес-
кой оценки при выполнении данных исследований
аналогичен, приведенному в работах [4, 5].
Критический коэффициент интенсивности
напряжений K1С, характеризующий сопротивля-
емость металла хрупкому разрушению, и локаль-
ные внутренние напряжения τв.н в структуре, яв-
ляющиеся потенциальными источниками зарож-
дения и распространения трещин, определены по
формулам
K1C
∗ = (2Eσтδt)
1 ⁄ 2, (2)
τв.н = Gbhρ ⁄ [π(1 – ν)], (3)
где E — модуль Юнга; σт — расчетное значение
предела текучести; δt — значение критического
раскрытия трещины, приравненное к параметрам
субструктуры (размер субзерен, ширина реек или
размер фрагментов); G — модуль сдвига; b — век-
тор Бюргерса; h — толщина фольги (2⋅10–5 см);
ν — коэффициент Пуассона; ρ — плотность дис-
локаций.
Все указанные выше исследования выполняли
применительно к вариантам наплавки с исполь-
зованием проволоки сплошного сечения Св-
08Г2С и порошковой проволоки ПП-АН180МН,
а их результаты представлены на рис. 1–5.
Как показали металлографические исследования,
металл швов соединений колесной стали марки 2,
выполненных проволокой Св-08Г2С, имеет крупно-
зернистую структуру, состоящую из феррита и пер-
лита (рис. 1, а). Размеры кристаллитов (hкр × lкр) ори-
ентировочно равны (30…130)×(60…250) мкм.
Микротвердость феррита HV(Ф) = 2010, а перлита
HV(П) = 2210…2510 МПа. Структура металла на
участке перегрева ЗТВ таких соединений состоит
из мартенсита (М), бейнита (Б), которые имеют
соответственно следующую микротвердость:
HV(М) = 3660…4540, HV(Б) = 2570…3570 МПа
и ферритных оторочек Фот толщиной δ(Фот) =
= 3…7 мкм, расположенных по границам зерен
(рис. 1, б). Размер зерен Dз М и Б соответственно
составляет 115…215 и 40….155 мкм, а их объем-
ная доля равна VМ = 30 и VБ = 65…68 %.
Металл швов соединений, выполненных по-
рошковой проволокой ПП-АН180МН, характери-
зуется бейнитно-мартенситной (Б–М) структурой
(рис. 2, а) с микротвердостью HV(Б–М) =
= 2860…3290 МПа и размерами кристаллитов
hкр × lкр = (25…60)×(65…180) мкм, а также на-
личием по границам зерен ферритных оторочек
толщиной δ(Фот) = 3…5 мкм. Соотношение
объемных долей Б и М в металле швов составляет
70 к 30 %. Близкая по составу структура выявлена
Рис. 1. Микроструктуры (×500) металла шва (а) и участка
крупного зерна ЗТВ (б) колесной стали марки 2 при сварке
проволокой Св-08Г2С
20 8/2012
и в металле на участке перегрева ЗТВ таких со-
единений (рис. 2, б). Объемная доля Б и М в
данной зоне сварного соединения составляет со-
ответственно 75…80 и 25…20 %, а микротвер-
дость находится в пределах HV(М) = 3660…4540
МПа и HV(Б) = 2570…3570 МПа. Размеры зерен
Б и М составляют 115…215 мкм (М) и 40….155
мкм (Б). Как и в предыдущих случаях, по гра-
ницам зерен были выявлены ферритные оторочки
толщиной δ(Фот) = 3…7 мкм.
Таким образом, оптическая металлография по-
казала, что в металле шва соединений, выпол-
ненных проволокой Св-08Г2С, формируется круп-
нозернистая, резкоградиентная по величине зерна
(изменяется в 2…4 раза) ферритно-перлитная
структура, а в металле ЗТВ — мелкозернистая
бейнитно-мартенситная структура, микротвер-
дость которой практически в 1,5 раза превышает
микротвердость наплавленного металла. В свар-
ных соединениях, выполненных порошковой про-
волокой ПП-АН180МН, в металле шва и ЗТВ фор-
мируется достаточно близкая по фазовому составу
бейнитно-мартенситная структура, не имеющая
резких градиентов как по величине зерна, так и
по твердости.
Особенности изменения тонкой структуры
(ширины реек, размера субструктуры и плотности
дислокаций) металла шва и ЗТВ соединений ко-
лесной стали изучали методами просвечивающей
электронной микроскопии. Они показали, что в ос-
новном объеме металла шва соединений, выпол-
ненных проволокой Св-08Г2С, размеры цементит-
ных hц и ферритных hф пластин в перлите состав-
ляют соответственно 0,1…0,4 и 0,7…1,5 мкм, а
плотность дислокаций ρ = (4…6)109 см–2 (рис. 3,
а, б). Установлено также, что на участке шва,
расположенном в непосредственной близости к
линии сплавления и на удалении от нее до
500 мкм, структура измельчается на порядок, а
плотность дислокаций повышается до 1⋅1010 см–2
(рис. 3, в, г). В металле на участке перегрева ЗТВ
ширина реек бейнита верхнего hБв составляет
0,8…1,3 мкм, бейнита нижнего hБн —
0,3…0,8 мкм, мартенсита hМ = 1…1,5 мкм. Раз-
меры фрагментов бейнита нижнего dфр(Бн) нахо-
дятся в пределах 0,15…0,5 мкм. По сравнению
с металлом шва плотность дислокаций в данной
зоне сварного соединения увеличивается до ρ =
(5…8)⋅1010 см–2 (рис. 3, д, е).
Рис. 2. Микроструктуры (×500) металла шва (а) и участка
крупного зерна ЗТВ (б) колесной стали марки 2 при сварке
проволокой ПП-АН180МН
Рис. 3. Тонкая структура металла шва (а–г) и участка металла крупного зерна ЗТВ (д, е) соединений колесной стали марки 2
при сварке проволокой Св-08Г2С: а, б, г, д — ×20000; в, е — ×30000
8/2012 21
При сварке порошковой проволокой ПП-
АН180МН в металле шва (рис. 4, а, б) и ЗТВ
(рис. 4, в, г) формируется близкая по составу и
размерам элементов структура, состоящая из вер-
хнего и нижнего бейнита, а также мартенсита.
Ширина реек бейнита верхнего hБв составляет
0,5…1,2 мкм, бейнита нижнего hБн = 0,4…0,7 мкм,
мартенсита hМ = 1…1,5 мкм. Распределение плот-
ности дислокаций в таком соединении
относительно равномерное ρ =
= 5⋅1010…1011 см–2.
На рис. 5 показано как в зависимости
от состава наплавленного металла из-
меняется предел текучести металла в
разных зонах сварных соединений. Ус-
тановлено, что упрочнение основного
объема металла шва сварных соедине-
ний, выполненных проволокой Св-
08Г2С, преимущественно обусловлено
влиянием карбидных фаз (Δσд.у =
= 190…230 МПа) (рис. 5, а). Вблизи
линии сплавления предел текучести ме-
талла шва возрастает практически в 1,7
раза от 480 до 800 МПа. Это происхо-
дит главным образом за счет дополни-
тельного вклада в упрочнение металла
субструктурного (Δσс = 300 МПа) и
дислокационного (Δσд = 60 МПа) факторов.
Изменение значений предела текучести металла
в различных зонах сварных соединений, выполнен-
ных порошковой проволокой ПП-АН180МН, про-
исходит плавно (рис. 5, б). Упрочнение металла
шва таких соединений в основном происходит за
счет субструктурного (Δσс = 345 МПа) и дисло-
кационного (Δσд = 140…200 МПа) упрочнения.
В меньшей мере на этот процесс оказывают вли-
яние частицы карбидных фаз (Δσч = 75 МПа).
При этом упрочнение за счет измельчения (дис-
пергирования) субструктуры бейнита нижнего
составляет порядка 33 % (Δσс = 280 МПа) общего
уровня упрочнения.
Упрочнение металла ЗТВ указанных соедине-
ний происходит одинаково. Это связано прежде
всего с фрагментацией субструктуры бейнита
нижнего (Δσс = 367 МПа) и повышением плот-
ности дислокаций (Δσд до 200 МПа), что состав-
ляет соответственно 42…48 и 20…25 % общего
Рис. 4. Тонкая структура металла шва (а, б) и участка металла крупного
зерна ЗТВ (в, г) соединений колесной стали марки 2 при сварке проволокой
ПП-АН180МН: а — ×15000; б — 20000; в, г — 30000
Рис. 5. Вклад структурных составляющих и упрочнение ме-
талла сварных соединений при сварке проволокой Св-08Г2С
(а) и ПП-АН180МН (б): I–IV — участки ЗТВ соответственно
перегрева, нормализации, неполной перекристаллизации,
рекристаллизации
Рис. 6. Диаграмма изменения расчетных механических
свойств (σ0,2, K1C) металла швов сварных соединений колес-
ной стали в зависимости от состава наплавленного металла
22 8/2012
уровня упрочнения. Предел текучести металла
ЗТВ находится в пределах 820…1000 МПа.
Результаты расчетных оценок значений K1C
сварных соединений колесной стали 2, выполнен-
ных проволоками Св-08Г2С и ПП-АН180МН
(рис. 6), показали следующее. Несмотря на более
высокие прочностные характеристики, основной
объем металла, наплавленного порошковой про-
волокой ПП-АН180МН, обладает такими же зна-
чениями K1C как и соединения, выполненные про-
волокой Св-08Г2С, а на некоторых участках пре-
вышает их практически в 2 раза. Это связано с
особенностями формирования в нем благоприят-
ной субструктуры, более равномерным распреде-
лением дислокаций и измельчением зерен, в то
время как металл, наплавленный проволокой Св-
08Г2С, отличается неравномерным распределени-
ем плотности дислокаций и наличием перлитных
структур с протяженными цементитными фазо-
выми выделениями, что отрицательно влияет на
показатели K1C. В целом такие исследования по-
казали, что при сварке проволокой ПП-АН180МН
в металле шва формируется структура, сочетаю-
щая высокую прочность с хорошей сопротивля-
емостью хрупкому разрушению.
Результаты расчетных оценок локальных внут-
ренних напряжений τв.н при сопоставлении этих
значений с теоретической прочностью материала
(рис. 7), показали, что более низкий общий уро-
вень распределенных в шве локальных внутрен-
них напряжений формируется в сварных соеди-
нениях, выполненных проволокой Св-08Г2С
(рис. 7, а). Их значение не превышает 400 МПа,
что составляет примерно 0,04 теоретической
прочности металла τтеор. Повышение плотности
дислокаций от (4…6)⋅109 до (5…8)⋅1010 см–2 в зоне
шва, которая находится в непосредственной бли-
зости к линии сплавления (ЛС) и в ЗТВ таких со-
единений, приводит к резкому увеличению τв.н до
2240…2430 МПа, что составляет (0,3…0,4)τтеор и
к формированию значительных градиентов внут-
ренних напряжений (Δτв.н ~ 2000 МПа). Макси-
мальные значения τв.н формируются на границе
сопряжения Ф–П и Б–М структур.
Общий уровень τв.н в металле швов в соеди-
нениях, выполненных порошковой проволокой
ПП-АН180МН, выше (1870…2240 МПа), однако
они равномерно распределены по металлу шва и
относительно плавно снижаются при переходе к
металлу ЗТВ до 900…1100 МПа. За счет этого
резких градиентов локальных напряжений в таких
соединениях не наблюдается, что является бла-
гоприятным с точки зрения предупреждения тре-
щинообразования.
Выводы
1. Требуемый комплекс механических свойств
наплавленного металла при восстановлении из-
ношенных поверхностей железнодорожных колес
(твердость НВ ≥ 2500, прочность σв ≥ 700 МПа)
могут обеспечить наплавочные материалы бей-
нитного или бейнитно-мартенситного классов —
проволоки сплошного сечения Св-08ХМ, Св-
08ХМФ и порошковая проволока ПП-АН180МН.
2. Металл, наплавленный порошковой прово-
локой ПП-АН180МН, сочетает высокую проч-
ность, твердость и трещиностойкость. Все участки
сварных соединений, выполненных данной прово-
локой, имеют однородную мелкодисперсную, бей-
нито-мартенситную структуру с равномерным рас-
пределением локальных внутренних напряжений.
1. Наплавка гребней вагонных колесных пар / Н. В. Пав-
лов, И. Д. Козубенко, Н. Е. Бызова, А. И. Рассоха // Ж.-д.
трансп. — 1993. — № 7. — С. 37–40.
2. Влияние технологических факторов на структуру и
свойства металла ЗТВ при ремонтно-восстановительной
наплавке гребней цельнокатаных вагонных колес / В. А.
Саржевский, А. А. Гайворонский, В. Г. Гордонный, В.
Ф. Горб // Автомат. сварка. — 1996. — № 3. — С. 22–27,
33.
3. Гудков А. В., Лозинский В. Н. Новые технологические и
технические решения в области сварки на железнодо-
рожном транспорте // Вест. ВНИИЖТ. — 2008. — № 6.
— С. 3–9.
Рис. 7. Уровень локальных внутренних напряжений τв.н, фор-
мирующихся в сварных соединениях колесной стали, в зави-
симости от состава наплавленного металла: а — Св-08Г2С;
б — ПП-АН180МН
8/2012 23
4. Влияние легирования швов на структуру и свойства свар-
ных соединений стали 17Х2М / Л. И. Маркашова, В. Д.
Позняков, Т. А. Алексеенко и др. // Автомат. сварка. —
2011. — № 7. — С. 7–15.
5. Оценка прочности и трещиностойкости металла желез-
нодорожных колес после длительной эксплуатации / Л.
И. Маркашова, В. Д. Позняков, А. А. Гайворонский и др.
// Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2011. — № 6.
— С. 73–79.
Experimental data are given on the effect of composition of cladding consumables on formation of structure and mechanical
properties of the deposited metal on wheels of steel 2. Strength properties, ductility and crack resistance of the railway
wheels repaired by cladding were evaluated by the analytical methods. Cladding consumables of the bainitic or bainitic-
martensitic grade were found to be most appropriate for repair of railway wheels of steel 2 by arc cladding to ensure
the required combination of mechanical properties and high crack resistance of the base and deposited metals.
Поступила в редакцию 05.05.2012
12-я МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ
ВЫСТАВКА «СВАРКА-2012»
4–6 декабря 2012 г. Екатеринбург, МВЦ ЭКСПО
Организатор выставки: Выставочное общество «Уральские выставки» при
поддержке Правительства Сердловской области, Администрации Екатеринбурга,
Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н.
Ельцина, Уральского института сварки
Основные направления выставки:
• Оборудование и технологии для электродуговой сварки металлов
• Оборудование и технологии для наплавки и напыления
• Оборудование и технологии для плазменной, газопламенной сварки и резки
• Оборудование и технологии для сварки пластмасс
• Оборудование и технологии для производства сварочных электродов и про-
волок
• Вспомогательное сварочное оборудование
• Сварка в стройиндустрии
• Материалы для сварки, наплавки, напыления и резки
• Средства и методы защиты от вредных производственных факторов, про-
мышленная вентиляция
• Методы обучения и повышения квалификации персонала
Контакты: менеджеры проекта Рушенцева Галина и Кириллова Елена
тел. +7(343)310-03-30, E-mail: rushentseva@uv66.ru, www.uv66.ru
24 8/2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101260 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-25T20:53:26Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гайворонский, А.А. Позняков, В.Д. Маркашова, Л.И. Маркашова, Е.Н. Клапатюк, А.В. Алексеенко, Т.А. Шишкевич, А.С. 2016-06-01T17:41:37Z 2016-06-01T17:41:37Z 2012 Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес / А.А. Гайворонский, В.Д. Позняков, Л.И. Маркашова, Е.Н. Бердникова, А.В. Клапатюк, Т.А. Алексеенко, А.С. Шишкевич // Автоматическая сварка. — 2012. — № 8 (712). — С. 18-24. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101260 621.791.927.535 Приведены экспериментальные данные по влиянию состава наплавочных материалов на формирование структуры и механические свойства наплавленного металла на колесах из стали марки 2. С применением аналитических методов оценены прочностные свойства, пластичность и трещиностойкость восстановленных наплавкой железнодорожных колес. Установлено, что для обеспечения требуемого комплекса механических свойств, высокой стойкости против образования трещин в основном и наплавленном металле для восстановления дуговой наплавкой железнодорожных колес из стали марки 2 целесообразно применять наплавочные материалы бейнитного или бейнитномартенситного класса. Experimental data are given on the effect of composition of cladding consumables on formation of structure and mechanical properties of the deposited metal on wheels of steel 2. Strength properties, ductility and crack resistance of the railway wheels repaired by cladding were evaluated by the analytical methods. Cladding consumables of the bainitic or bainiticmartensitic grade were found to be most appropriate for repair of railway wheels of steel 2 by arc cladding to ensure the required combination of mechanical properties and high crack resistance of the base and deposited metals. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес Effect of composition of deposited metal on structure and mechanical properties of repaired railway wheels Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес Гайворонский, А.А. Позняков, В.Д. Маркашова, Л.И. Маркашова, Е.Н. Клапатюк, А.В. Алексеенко, Т.А. Шишкевич, А.С. Научно-технический раздел |
| title | Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес |
| title_alt | Effect of composition of deposited metal on structure and mechanical properties of repaired railway wheels |
| title_full | Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес |
| title_fullStr | Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес |
| title_full_unstemmed | Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес |
| title_short | Влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес |
| title_sort | влияние состава наплавленного металла на структуру и механические свойства восстановленных железнодорожных колес |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101260 |
| work_keys_str_mv | AT gaivoronskiiaa vliâniesostavanaplavlennogometallanastrukturuimehaničeskiesvoistvavosstanovlennyhželeznodorožnyhkoles AT poznâkovvd vliâniesostavanaplavlennogometallanastrukturuimehaničeskiesvoistvavosstanovlennyhželeznodorožnyhkoles AT markašovali vliâniesostavanaplavlennogometallanastrukturuimehaničeskiesvoistvavosstanovlennyhželeznodorožnyhkoles AT markašovaen vliâniesostavanaplavlennogometallanastrukturuimehaničeskiesvoistvavosstanovlennyhželeznodorožnyhkoles AT klapatûkav vliâniesostavanaplavlennogometallanastrukturuimehaničeskiesvoistvavosstanovlennyhželeznodorožnyhkoles AT alekseenkota vliâniesostavanaplavlennogometallanastrukturuimehaničeskiesvoistvavosstanovlennyhželeznodorožnyhkoles AT šiškevičas vliâniesostavanaplavlennogometallanastrukturuimehaničeskiesvoistvavosstanovlennyhželeznodorožnyhkoles AT gaivoronskiiaa effectofcompositionofdepositedmetalonstructureandmechanicalpropertiesofrepairedrailwaywheels AT poznâkovvd effectofcompositionofdepositedmetalonstructureandmechanicalpropertiesofrepairedrailwaywheels AT markašovali effectofcompositionofdepositedmetalonstructureandmechanicalpropertiesofrepairedrailwaywheels AT markašovaen effectofcompositionofdepositedmetalonstructureandmechanicalpropertiesofrepairedrailwaywheels AT klapatûkav effectofcompositionofdepositedmetalonstructureandmechanicalpropertiesofrepairedrailwaywheels AT alekseenkota effectofcompositionofdepositedmetalonstructureandmechanicalpropertiesofrepairedrailwaywheels AT šiškevičas effectofcompositionofdepositedmetalonstructureandmechanicalpropertiesofrepairedrailwaywheels |