Технология лазерной поверхностной модификации бандажных сталей карбидом вольфрама тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Пересторонин Александр Владимирович

• Пересторонин Александр Владимирович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Пересторонин Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ УПРОЧНЕНИЯ КОЛЕС

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

1.1. Свойства материалов для изготовления железнодорожных колес

1.2. Способы снижения износа железнодорожных колес

1.3. Методы поверхностного упрочнения железнодорожных колес

1.4. Введение упрочняющих частиц в поверхностный слой стальной детали

1.5. Выводы по Главе

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Выбор материалов

2.2. Состав и характеристики оборудования лазерного технологического комплекса

2.3. Методика исследования формы ванны расплава при лазерно-порошковой обработке

2.4. Оборудование и методики пробоподготовки и металлографических исследований

2.5. Методика испытания на износостойкость

2.6. Выводы по Главе

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНО-

ПОРОШКОВОЙ ОБРАБОТКИ

3.1. Расчет теплофизических свойств жидкой стали

3.2. Расчет процесса проникновения частиц через поверхность расплавленной стали и их движения в жидком металле

Стр.

3.2.1. Моделирование прохождения частицей поверхностного слоя

3.2.2. Моделирование процесса движения частицы в расплавленной стали

3.2.3. Расчет возможности последовательного введения частиц

при реализуемых массовых расходах порошка

3.3. Расчет степени экранирования поверхности детали потоком частиц

3.4. Анализ нагрева частиц в полете под действием лазерного излучения

3.5. Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА ФОРМУ И СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМЫХ КОМПОЗИТНЫХ СЛОЁВ

4.1. Выбор диапазонов параметров режимов обработки

4.2 Влияние параметров режима обработки на размеры и состав композиционных слоёв

4.3. Дефекты в упрочненных слоях

4.4. Построение регрессионных моделей влияния параметров режима

на основные характеристики композитного слоя

4.5 Исследование микротвердости металла упрочненного слоя

4.6. Исследование изменений структуры стальной матрицы при введении частиц WC

4.6.1 Исследование исходной структуры стали

4.6.2 Структура металла после лазерной обработки без введения

частиц карбида вольфрама

4.6.3. Исследование изменения структуры металла вблизи армирующих частиц

Стр.

4.6.4. Исследование влияния доли армирующей фазы на микроструктуру металла стальной матрицы

4.6.5. Исследование изменения химического состава матрицы вблизи частиц монокарбида вольфрама

4.7. Исследование форм ванн расплава при лазерно-порошковой обработке

4.8. Выводы по Главе

ГЛАВА 5. ИСПЫТАНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ УПРОЧНЕННЫХ ЗОН

И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ

5.1. Определение расстояния между дорожками упрочения

5.2. Обработка образцов для испытаний на износостойкость

5.3. Исследование структуры слоёв, полученных на поверхности образцов для испытания на износостойкость

5.4. Результаты исследования влияния содержания частиц карбида вольфрама в композитном слое на износостойкость

5.5. Технологические рекомендации по осуществлению лазерной модификации бандажной стали с использованием частиц монокарбида вольфрама

5.6. Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология лазерной поверхностной модификации бандажных сталей карбидом вольфрама»

ВВЕДЕНИЕ

География России определяет ведущую роль железнодорожного транспорта в структуре грузоперевозок. По данным Росстата, в 2017 году его доля в грузообороте составила 45,5 %, поэтому транспортные тарифы оказывают существенное влияние на ценообразование в стране.

Себестоимость перевозок определяется, в числе прочего, эффективностью использования инфраструктуры и технических средств, таким образом, решение задач повышения ресурса и межсервисного интервала подвижного состава является актуальной задачей.

При эксплуатации грузовых локомотивов существенное ограничение на пробег между обслуживаниями накладывает необходимость регулярной обточки бандажей колёс. По данным АО «ВНИИЖТ», наиболее часто её причиной становится предельный износ гребня по толщине (Рисунок В.1),

а б

Рисунок В.1.

Соотношение причин обточек бандажей грузовых тепловозов (а) и

электровозов (б)

1 - предельный износ гребня по толщине; 2 - остроконечный накат; 3 - прокат; 4 - разница диаметров колес; 5 - ползуны; 6 - выщербины; 7 - прочее

Согласно статистическим данным, ежегодно на сети дорог в сервисных локомотивных депо и на локомотиворемонтных заводах производится более 140 тысяч ремонтных обточек колесных пар локомотивов всех типов. Межремонтный пробег до обточки колесных пар составляет в среднем от 65 до 100 тысяч километров для грузовых локомотивов при норме от 100 до 180 тысяч километров (в зависимости от полигона эксплуатации) и от 80 до 140 тысяч километров для пассажирских локомотивов при норме от 100 до 180 тысяч километров. Кроме того, по причине градиента (снижения) твердости бандажей по сечению по мере удаления от поверхности катания наблюдается уменьшение их межремотного пробега после каждой обточки (каждый последующий межремонтный пробег меньше предыдущего).

Таким образом недостаточный межремонтный пробег и фактический ресурс бандажей приводят к необходимости преждевременных выкаток колесных пар из-под локомотива для их смены и к дополнительным затратам на техническое обслуживание и ремонт локомотивного парка. Наибольшего эффекта от повышения пробега бандажей между обточками можно добиться при достижении им уровня от 600 до 800 тысяч километров и более, поскольку это позволит проводить смену или обточку колёс одновременно с другими времяёмкими операциями по обслуживанию локомотива.

С 1990-х годов [1] по наши дни основной технологией повышения износа колёс является плазменная закалка поверхности гребня, позволяющая увеличить пробег до 3 раз, однако, как видно из приведённых статистических данных, этого недостаточно.

В связи с быстрым развитием плазменных и лазерных процессов обработки, в последние годы получают всё большее распространение технологии создания поверхностных металлокерамических композитных слоёв, обладающих недостижимой для традиционных сплавов износостойкостью. Однако, на сегодняшний день нет опубликованных данных о возможности использования их применительно к колёсам железнодорожного транспорта, а также сведений о

закономерностях формирования упрочненного слоя и принципах реализации такого процесса для соответствующей группы материалов.

Настоящая диссертационная работа посвящена исследованиям закономерностей формирования упрочненного слоя на поверхности бандажной стали при лазерном модифицировании с введением частиц монокарбида вольфрама.

Цель работы: разработать технологию получения на поверхности бандажной стали износостойкого покрытия с использованием лазерно-порошкового модифицирования карбидом вольфрама.

Основные задачи:

1. Выбор вида и состава армирующих частиц, оборудования и способа их введения для получения износостойких металлокерамических слоев на поверхности бандажа железнодорожных колёс методом лазерного модифицирования.

2. Разработка и анализ моделей, описывающих введение частиц монокарбида вольфрама в жидкую сталь при соосной подаче порошка с лазерным лучом, определение особенностей использования частиц различных диаметров в диапазоне от 50 до 150 мкм.

3 Установление взаимосвязи параметров режима лазерного модифицирования бандажной стали с характеристиками упрочненных слоёв и выбор их оптимальных значений при введении частиц WC. Построение регрессионных моделей влияния мощности излучения, скорости обработки и расхода порошка на глубину упрочненного слоя, высоту валика и содержание армирующих частиц.

4. Исследование особенностей структурообразования при лазерном модифицировании поверхностного слоя бандажной стали с введением армирующих частиц WC.

5. Исследование износостойкости упрочненных слоёв, полученных при использовании оптимальных режимов модифицирования.

6. Разработка технологической инструкции по получению износостойких поверхностных упрочненных слоёв в бандажной стали методом лазерного модифицирования с введением WC.

Решение поставленных задач позволит определить потенциал предлагаемой технологии, направления дальнейших исследований и целесообразность проведения эксплуатационных испытаний и мероприятий по внедрению технологии для упрочнения бандажей колёс локомотивов.

Научная новизна выполненной работы, выносимая на защиту, заключается в следующем:

1. Расчетным путем, на основе физико-математической модели движения упрочняющих частиц в объёме расплавленного металла, установлено, что частицы WC диаметром от 50 мкм, имеющие скорость полета от среза сопла более 6 м/с, способны преодолевать силы поверхностного натяжения расплава и достигать фронта кристаллизации жидкой ванны, форма которой определяет распределение их по глубине слоя.

2.Экспериментально установлена закономерность изменения содержания упрочняющих частиц в композитном слое и эффективности использования порошка в зависимости от параметров режима обработки. Показано, что объемная доля карбида вольфрама возрастает линейно с ростом погонного расхода порошка в интервале от 0,02 до 0,03 г/мм. При скоростях обработки от 10 до 12 мм/с и плотности мощности излучения около 4,8 ■ 104 Вт/см2, доля WC изменяется в интервале от 8 до 12 %, при этом обеспечивается максимальный коэффициент использования порошка.

3. Установлено, что оптимальный диапазон модифицирования частицами WC ограничен значениями от 8 до 10 %. В этом диапазоне износостойкость поверхностного слоя повышается более чем на порядок по сравнению с

необработанной бандажной сталью. При большем содержании WC в покрытии могут образовываться трещины, а при недостатке снижается эффект упрочнения.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. На основе комплексного анализа влияния параметров режима обработки на формирование износостойкого упрочненного слоя при лазерном модифицировании поверхности бандажной стали частицами WC диаметром от 50 до 200 мкм определены их рациональные диапазоны: мощность лазерного излучения от 2800 до 3200 Вт, скорость обработки от 10 до 12 мм/с, расход порошка от 12 до 23 г/мин.

2 Разработаны регрессионные модели, связывающие основные характеристики упрочненного слоя - глубину, объемную долю армирующих частиц и высоту валика - с параметрами технологических режимов для оптимизации процесса обработки.

3. Разработаны технологические рекомендации по выполнению лазерной модификации поверхности с введением частиц WC.

Методы исследования включали в себя стандартные теоретические и экспериментальные методы. Расчеты проводились с применением программного обеспечения PTC MathCad, Microsoft Excel, построение регрессионных моделей осуществлялось с использованием стандартных модулей программы Tibco Statistica. Все образцы изготовлены в одинаковых условиях с использованием одного лазерного комплекса и одинаковых средств контроля параметров процесса. Исследования параметров структуры проводилось с применением оптических и электронного микроскопов по стандартным металлографическим методикам. Измерения твердости проводились с учетом особенностей объектов исследования на поверенном оборудовании. Исследование форм ванн проводилось по известному и ранее апробированному для процесса сварки методу с использованием нового разработанного при участии автора оборудования, а также с применением технологии трёхмерного сканирования. Исследования

износостойкости проводились на специализированном оборудовании специалистами АО «ВНИИЖТ» с применением соответствующих методик.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным применением основных положений естественных наук при проведении расчётных исследований, использованием современных стандартных программ и алгоритмов при проведении расчетов и построении моделей, осуществлением измерений на поверенном оборудовании по стандартным методикам и использованием ранее проверенных принципов при создании новых испытательных приспособлений. Она подтверждается экспериментальными данными, обработанными с помощью методов статистического анализа.

Апробация работы:

1. Доклад автора на семинаре кафедры лазерных технологий в машиностроении МГТУ им. Н. Э. Баумана (Москва, 2019).

2. IX международная конференция «Beam Technologies and Laser Application» (Санкт-Петербург, 2018).

3. XI всероссийская научно-техническая конференция «Будущее машиностроения России» (Москва, 2018).

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 17-20-03230.

ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБЫ УПРОЧНЕНИЯ КОЛЕС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Колеса железнодорожного транспорта являются ответственными изделиями, свойства которых во многом определяют ресурс, надежность и безопасность составов. При этом, колеса локомотивов требуют повышенных трибологических свойств, поскольку они, в отличие от колес вагонов, испытывают нагрузки от усилия тяги, приводящего состав в движение.

Для разработки технологий повышения свойств поверхности таких колес необходимо изучение требований к этому виду изделий, их материалам и методик контроля, анализа применяемых и предлагаемых на сегодняшний день альтернативных способов упрочнения, а также особенностей предлагаемой технологии.

1.1. Свойства материалов для изготовления железнодорожных колес

На сегодняшний день цельнокатаные колеса выпускаются в соответствии с ГОСТ 107091-2011, содержащим требования к размерам, точности, а также выбору материалов в зависимости от расчетной нагрузки на ось. Стандарт предусматривает использование 4 марок углеродистой стали, в зависимости от условий эксплуатации колес, химический состав которых представлен в Таблице 1. В Таблице 2 представлены требования к механическим свойствам сталей колес, подвергнутых упрочняющей термической обработке. При изготовлении черновых бандажей колес используются стали марок 2 и 4 по ГОСТ 398-2010. Их химический состав и основные механические свойства представлены в Таблицах 3 и 4 соответственно.

Таблица 1.

Химический состав сталей для изготовления железнодорожных колес

Марка стали Массовая доля химических элементов, %

С Мп V 8 Р Сг N1 Си

1 0,44 -0,52 0,80 - 1,20 0,40 - 0,65 0,08 -0,15 < 0,020 < 0,030 < 0,30 < 0,30 < 0,30

2 0,55 -0,63 0,50 - 0,90 0,22 - 0,45 < 0,10 < 0,025 < 0,030 < 0,30 < 0,30 < 0,30

Т 0,62 -0,70 0,50 - 0,90 0,22 - 0,65 < 0,15 0,005 -0,025 < 0,030 < 0,40 < 0,30 < 0,30

Л 0,48 -0,54 0,80 - 1,20 0,45 - 0,65 0,08 -0,15 < 0,020 < 0,030 < 0,25 < 0,25 < 0,25

П римечания - массовая для молибдена не должна превышать 0,08 %, титана - 0,03 %, ниобия - 0,05 %

Таблица 2.

Основные механический свойства сталей для изготовления железнодорожных колес

Ударная вязкость КСи,

Временное сопротивление обода об, МПа Относительное Относительное Дж • см-2 Твердость

Марка удлинение сужение обода обода диска обода на

стали обода 5, % V, % при + 20°С при + 20°С при - 60°С глубине 30 мм, НВ

не менее

1 880 - 1080 12 21 30 30 20 > 248

2 910 - 1110 8 14 20 20 15 > 255

Т > 1020 9 16 18 18 15 > 320

Л > 930 12 21 30 30 20 280 - 320

Примечания

1. Твердость обода в точке А (Рисунок 1.1) для колес из стали марки Т должна быть ниже твердости

на глубине 30 мм от поверхности катания не менее чем на 30 НВ, а для колес из стали марок 1, 2 и Л - не

менее чем на 15 НВ.

2. Твердость ступицы на расстоянии 10 мм от поверхности ее отверстия для колес из стали марки Т

должна быть не более 290 НВ, для колес из сталей других марок не регламентируется.

3. Значение временного сопротивления диска не должно превышать 90 % от фактического значения

временного сопротивления обода

Таблица 3.

Химический состав стали бандажей

Марка

стали

Массовая доля элементов, %

Углерод

Марганец

Кремний

Хром

Ванадий

Фосфор

Сера

не более

0,57 - 0,65

0,60 - 0,90

0,22 - 0,45

Не более 0,20

0,15

4

0,65 - 0,75

0,20 - 0,60

0,030

0,020

Примечания

1. Допускается массовая доля молибдена - не более 0,08 %, никеля - не более 0,25 %, меди - не более 0,30 %.

2. Суммарная массовая доля серы и фосфора не должна превышать 0,040 %.

3. В стали марки 4 суммарное содержание хрома и никеля должно быть не менее 0,30 %

4. В бандажах допускаются предельные отклонения химического состава от указанного в таблице, в процентах по массовой доле, приведенные в Таблице 5.

2

Таблица 4.

Механические свойства, твердость и ударная вязкость бандажей

Марка стали Временное сопротивление разрыву, МПа Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Твердость, БВ Ударная вязкость, КСи, Дж/мм2

не менее на глубине 20 мм на гребне, не более при + 20 °С при - 60 °С

не менее

2 930 - 1110 10 14 не менее 269 321 25 15

4 не менее 1050 9 12 320 - 360 380 20

Примечание - По согласованию с потребителем допускается устанавливать нижний предел твердости на глубине 20 мм для стали марки 4 - не менее 300 БЕ.

Таблица 5.

Предельные отклонения химического состава стали бандажа, приведенного в

Таблице 4

Отклонение Значения предельных отклонений от массовой доли для химических элементов, %

Углерод Марганец Кремний Хром Ванадий Фосфор Сера

Верхнее + 0,030 + 0,050 + 0,030 + 0,02 + 0,01 + 0,005 + 0,005

Нижнее - 0,020 - 0,030 - 0,020 - - - -

30 ±1

65

Рисунок 1.1.

Точки измерения твердости на поперечном темплете обода колеса на контрольной глубине (точки 1, 2, 3) и в зоне перехода обода в диск

(точка А)

Таким образом, по химическому составу исследуемые стали следует отнести к низколегированным углеродистым. Использование минимального количества дорогостоящих компонентов позволяет снизить их стоимость, что важно в условиях массового производства. Сочетание цены и свойств этих сталей делают их предпочтительными, тем не менее, как в России, так и за рубежом продолжаются работы в области совершенствования химического состава и технологий обработки материалов для железнодорожных колес [2 - 8].

В частности, в работе [5] для комплексного повышения механических свойств материала железнодорожных колес SURA B82 (Швеция), предлагается увеличить массовую долю в стали азота с 0,0055 до 0,0095 %, а также максимально снизить температуры ковки (с 1240 °C до 1140 °C в рассматриваемом авторами случае) и последующих аустенитизации и отпуска. Согласно представленным в этой работе результатам, такие меры положительно сказываются на циклических свойствах сталей, в том числе благодаря измельчению зерна, однако требуют более точного

контроля процесса изготовления заготовок, что затрудняет внедрение технологии в условиях массового производства. Химический состав стали SURA B82 представлен в Таблице 6.

Таблица 6.

Химический состав стали для железнодорожных колес SURA B82 [5]

(Швеция)

Химический элемент C Si Mn P S Cr Ni

Содержание, % по массе 0,48 -0,52 0,20 -0,40 0,65 -0,85 < 0,025 < 0,020 < 0,25 < 0,25

Химический элемент Mo V Cu Al N Sn H (ppm)

Содержание, % по массе < 0,05 0,04 -0,06 < 0,20 < 0,010 < 0,010 < 0,015 < 2,5

В работе [6] исследовались влияние на свойства колёс различных химических составов материала, главным отличием являлось содержание углерода. Авторами показано повышение усталостных свойств и износостойкости с ростом содержания в стали углерода, однако одновременно увеличивается и склонность к трещинообразованию. В целом, можно сделать вывод о том, что авторы рекомендуют использование сталей с содержанием углерода 0,58 - 0,62 для достижения оптимального комплекса свойств.

Для тяжелонагруженных колес, согласно исследованиям авторов [7], важным фактором повышения надежности является получение гомогенной перлитной микроструктуры, поскольку наличие бейнитной фазы является главным фактором увеличения склонности к термо-механическим повреждениям.

Таким образом, исследования в области совершенствования состава и технологий изготовления колес сводятся к введению относительно малых

изменений в существующие материалы и технологии для соответствующего повышения эксплуатационных свойств.

1.2. Способы снижения износа железнодорожных колес

Существенно большее внимание, по сравнению с разработкой новых материалов, исследователи уделяют способам снижения износа за счет изменения поверхностных свойств стали и условий контакта в паре колесо-рельс.

На основе анализа литературы можно выделить следующие основные направления снижения износа железнодорожных колес:

- комплексная оптимизация параметров колес и рельсов с точки зрения геометрии, твердости и других свойств;

- повышения качества входного контроля свойств материала и выявления производственных дефектов;

- использование лубриканта в паре колесо-рельс;

- локальное повышение износостойкости за счет поверхностной обработки колеса.

Несмотря на то, что железнодорожный транспорт широко используется уже более, чем полтора века, задача исследования контакта колеса и рельса до сих пор привлекает множество исследователей, наибольшее внимание уделяется моделированию и исследованию усталостных разрушений [9 - 17], вопросам взаимодействия колеса и рельса [17 -27], а также трибологическим аспектам и износу этих деталей [25, 26, 28 - 37].

Авторами [29] произведен анализ основных механизмов износа колес и рельс при различных условиях контакта. Из приведенных ими материалов видно, что, в зависимости от состояния поверхностей колеса и рельса, реализуются различные механизмы износа, при этом, даже если начальное состояние обоих близко к оптимальному (при котором они оба гладкие [21], что особенно важно при высоких

скоростях движения [38]), попадание частиц абразива (например, песка) и постепенное усталостное разрушение металла в течение определенного времени спровоцирует развитие износа по одному из следующих механизмов:

- абразивный износ;

- адгезионный износ;

- отслаивание;

- трибохимический износ;

- фреттинг.

Ввиду разнообразия механизмов износа железнодорожных колес, расчетный анализ и теоретическое предсказание их поведения в эксплуатации крайне затруднены. Дополнительную сложность вносит также необходимость учета нагрева контактирующих поверхностей [39 - 41]. Современные работы в области моделирования износа колес и рельс [16, 23, 39, 42] позволяют оценить контактные напряжения [23] и способствуют научно-обоснованному выбору свойств материалов, учитывают эмпирически определенные параметры взаимодействия компонентов этой пары [39], что позволяет производить ориентировочные расчеты. Однако, главным способом получения информации в данном вопросе до сих пор являются экспериментальные исследования [32, 43 - 46].

И теоретические, и экспериментальные исследования показывают, что при эксплуатации пары колесо-рельс происходит изменение как геометрии их поверхностей [30, 32, 47], связанное с образованием наблюдаемых на поверхности геометрических дефектов, так и изменение их структуры [7, 43, 48, 49], в первую очередь - образование в поверхностном слое глубиной до 300 мкм ферритно-карбидных структур и существенного наклепа, приводящего к снижению вязкости металла. Ограничить эти явления можно путем уменьшения содержания в стали углерода [31], однако, при снижении таким путем склонности потенциально опасным негативным изменениям структуры одновременно повышается износ при длительной эксплуатации колеса.

Поскольку изменение геометрии профилей колес и рельс с учетом протяженности железнодорожных путей и размера парка подвижного состава практически нереализуемо, исследования в данной области носят преимущественно расчетный характер [50 - 52]. В тоже время, применение новых материалов требует глубокого экономического обоснования, поэтому основные предложения исследователей связаны с повышением свойств колес и рельсов за счет изменения свойств контактирующих поверхностей.

Для колес железнодорожных вагонов, которые не обеспечивают тягу состава и, таким образом, не испытывают соответствующих нагрузок, высокая поверхностная твердость может привести к неоправданному повышением износостойкости снижению пластических свойств, что показано в работе [53]. Теоретические расчеты [54] также показывают, что в этом случае при значениях твердости колеса и рельса на уровне 360 НВ можно добиться меньшего износа обоих элементов пары трения. Более важным является обеспечение входного контроля качества колёс, в том числе по твердости поверхности бандажа [53]. Однако, по данным АО «ВНИИЖТ», для локомотивных колес повышение твердости существенно повышает их ресурс, что приводит к применению технологий упрочнения.

Следует отметить возможность снижения износа путем введения в зону контакта лубирканта [55 - 59], однако, применение дешевых лубрикантов, например, воды [56, 60] дает минимальный эффект, что усложняет выбор из множества [61] существующих типов смазывающих веществ и делает их применение дорогостоящим. Кроме того, применение любой смазки ограничивает передаваемое усилие, для локомотивов этот фактор также является нежелательным.

Объемная и объемно-поверхностная закалка в целом дает положительные результаты [62, 63], однако требует печной обработки крупногабаритных изделий. При восстановлении изношенного колеса, по сравнению с выпуском нового, дополнительным недостатком является необходимость либо обрабатывать

целиком ось, что нежелательно и трудоёмко, либо снимать с неё колеса, что, с учетом технологии их установки, также затруднительно.

Способы поверхностного упрочнения активно исследуются как в России [64 - 77], так и за рубежом [78 - 80]. Наибольшее распространение получила локальная поверхностная обработка гребня, в первую очередь -плазменная. При этом, развитие технологий и оборудования электронно-лучевой и лазерной обработки приводят к росту интереса, на сегодняшний день - в основном, исследователей, к применению этих тепловых источников для поверхностного упрочения железнодорожных колес.

1.3. Методы поверхностного упрочнения железнодорожных колес

В современном производстве наиболее широкое распространение получили следующие способы поверхностной упрочняющей обработки:

- поверхностная термическая обработка;

- химико-термическая обработка;

- наплавка упрочняющих покрытий.

Плазменная закалка находит применение в упрочнении изделий в транспортном машиностроении [77, 81], производстве горнодобывающего и металлургического оборудования [82, 84, 85]. Относительно низкая стоимость оборудования и простота его эксплуатации способствуют расширению областей применения плазменной обработки.

Положительной особенностью плазменной закалки является возможность за один проход обработать требуемую по ширине зону полностью. Кроме того, на сегодняшний день существуют методы обработки колёс без выкатки колёсной пары. По данным [68], глубина упрочненного слоя может составлять до 2,0 мм. Пример изменения твердости обработанного слоя по глубине при плазменной закалке представлен на Рисунке 1.2 [68].

8000

7000

6000

5000

1

4000

00

О > 3000

X 2000

1000

0

♦ ♦ ♦ А

♦

Нитриды аустенит <

-/-Мартенсит 1 | <-1-► Мартена гроостосо - ,т + Трос эбит -►<— )СТОСОрбИ' —1 г Сорбит отпуска

о

0,5

1,5

2,5 Ь, мм

Рисунок 1.2.

Характер изменения микротвердости и фазового состава по глубине

упрочненного слоя [68]

Это приводит к возрастанию пробега колёс между обточками до 2 раз.

Недостатком процесса являются сложность регулирования структурообразования и высокий уровень остаточных напряжений [85 - 89]. В некоторых случаях это делает неоднозначной оценку эффективности применения процесса плазменного упрочнения в конкретных условиях эксплуатации локомотивов [90].

Известно применение магнитного поля для регулирования воздействия плазменного факела. Такой процесс исследован, например, в работе [69]. По мнению авторов, снижение твердости (Рисунок 1.3) может способствовать снижению остаточных напряжений, повышению пластических свойств металла и снижению вероятности образования микротрещин. Практическая реализация данной технологии показала снижение износа гребней бандажей локомотивных колес в 1,5...3,0 раза.

600

500(

>

X 400

л

!— О о 300

1

и 200

ю

Г"1

100

483 ' 483 *457 .428

>354 £30

274* 256

0,5

1,5 2 2,5 Глубина, мм

3,5

Рисунок 1.3.

Зависимость величины микротвердости от расстояния по срезу упрочненного слоя после плазменной обработки вынесенной электрической дугой, управляемой магнитными полями [69]

Помимо различных вариантов реализации пламенной обработки [91 - 96], исследователями предлагаются также такие способы снижения износа, как электродуговая [97], электроконтактная [71], электроискровая обработка [98], а также механическая ударная обработка [99], повышение качества токарной обработки [100]. К сожалению, на сегодняшний день в известных источниках недостаточно данных для возможности оценки результатов применения указанных процессов.

Электродуговая обработка, будучи более локальной, чем плазменная, позволяет добиться более высоких результатов закалки. Так, по данным авторов [97], в упрочненном слое образуется мелкодисперсная направленная мартенситная структура, с твердостью выше, чем при плазменной и лазерной закалке, обеспечивающая более высокий уровень эксплуатационных свойств.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пересторонин Александр Владимирович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Марков Д. П. Трибологические аспекты повышения износостойкости и контактно-усталостной выносливости колес подвижного состава: дис. ... д-ра техн. наук. АО «ВНИИЖТ», Москва. 1996. 386 с.

2. Филиппов Г. А., Мухатдинов Н. Х., Гетманова М. Е., Комков Н. А. Стали для железнодорожных колес повышенной эксплуатационной стойкости // Металлург. 2014. № 3. С. 88-96.

3. Брюнчуков Г. И., Разумов А. С., Сухов А. В., Филиппов Г. А., Изотов В. И., Брексон В. В. Разработка стали для локомотивных бандажей повышенной прочности и трещиностойкости // Вестник ВИИЖТ. 2015. № 4. С. 12-18.

4. Брюнчуков Г. И., Разумов А. С., Сухов А. В., Зорин А. В., Ильиных Р. А., Брексон В. В. Лабораторные и стендовые испытания бандажей повышенной прочности трещиностойкости // Вестник ВИИЖТ. 2015. № 5. С. 44-50.

5. Ahlstrom J., Karlsson B. Modified Railway Wheel Steels: Production and Evaluation of Mechanical Properties with Emphasis on Low-Cycle Fatigue Behavior // Metallurgical and materials translations A. 2009. Volume 40 A, July. P. 1557-1567.

6. G. Y. Zhou, J. H. Liu, W. J. Wang, G. Wen, Q. Y. Liu. Study on the fatigue and wear characteristics of four wheel materials // Journal of Modern Transportation. 2013. Volume 21, Issue 3. P. 182-193.

7. Cong Qiu, Cookson J., Mutton P. The role of microstructure and its stability in performance of wheels in heavy haul service // Journal of Modern Transportation. 2017. Volume 25, Issue 4. P. 261-267.

8. Dongfang Zeng, Liantao Lu, Yanhua Gong, Ning Zhang, Yubin Gong. Optimization of strength and toughness of railway wheel steel by alloy design // Materials and Design. 2016. Volume 92. P. 998-1006.

9. Ekberg A., Akesson B., Kabo E. Wheel/rail rolling contact fatigue - Probe, predict, prevent // Wear. 2014. Volume 314, Issues 1-2, June. P. 2-12.

10. Spangenberg U., Frohling R. D., Els P. S. The effect of rolling contact fatigue mitigation measures on wheel wear and rail fatigue // Wear. 2018. Volumes 398-399, March. P. 56-68.

11. Brunel J-F., Charkaluk E., Dufrenoy P., Demilly F. Rolling contact fatigue of railways wheels: influence of steel grade and sliding conditions // Procedia Engineering. 2010. Volume 2. Issue 1, April. P. 2161-2169.

12. Langueh, A., Brunel J-F., Charkaluk E., Dufrenoy P., Demilly F. Influence of the steel grades on rolling contact fatigue of railway wheels // Procedia Engineering. 2011. Volume 10. P. 2627-2632.

13. Kabo E., Ekberg A. Fatigue initiation in railway wheels—a numerical study of the influence of defects // Wear. 2002. Volume 253, Issues 1-2. P. 26-34.

14. Popp K., Schiehlen W.. System Dynamics and Long-Term Behaviour of Railway Vehicles, Track and Subgrade. / K. Popp et al. (eds.). Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2003. 488 p.

15. Romanowicz P. Numerical assessment of fatigue load capacity of cylindrical crane wheel using multiaxial high-cycle fatigue criteria // Archive of Applied Mechanics. 2017. Volume 87, Issue 10. P. 1707-1726.

16. Sang-Hwan Lee, Seung Hyun Kim, Yoon-Suk Chang, Hyun Kyu Jun. Fatigue life assessment of railway rail subjected to welding residual and contact stresses // Journal of Mechanical Science and Technology. 2014. Volume 28, Issue 10. P. 4483-4491.

17. Горячева И. Г., Захаров С. М., Сошенков С. Н., Торская Е. В., Мерзин А. М., Языков В. Н. Трибодинамическое моделирование эволюции профилей колёс и рельсов при контактно-усталостной повреждаемости при некоторых параметрах пути и экипажа // Вестник ВНИИЖТ. 2010. № 2. С. 19-26.

18. Yaping Wu, Yunpeng Wei, Yang Liu, Zhidong Duan, Liangbi Wang. 3-D Analysis of Thermal-Mechanical Behavior of Wheel/Rail Sliding Contact Considering Temperature Characteristics of Materials // Applied Thermal Engineering. 2017. Volume 25, March. P. 455-462.

19. Pau M., Aymerich F., Ginesu F. Distribution of contact pressure in wheel-rail contact area // Wear. 2010. Volume 253, Issues 1-2, July. P. 265-274.

20. Lei Wu, Zefeng Wen, Wei Li, Xuesong Jin. Thermo-elastic-plastic finite element analysis of wheel/rail sliding contact // Wear. 2011. Volume 271, Issues 1-2. P. 437-443.

21. Xin Zhao, Ze-feng Wen, Heng-yu Wang, Xue-song Jin, Min-hao Zhu. Modeling of High-Speed Wheel-Rail Rolling Contact on a Corrugated Rail and Corrugation Development. // Journal of Zhejiang University SCIENCE A. 2014. Volume 15, Issue 12. P. 946-963.

22. Jian Yang, Hua Song, Lihua Fu, Meng Wang, Wei Li. A new solution method for wheel/rail rolling contact // SpringerPlus. 2016. Volume 5:471. DOI 10.1186/s40064-016-2128-2. 8 p.

23. Skrypnyk R., Nielsen Jens C. O., Ekh M. Palsson B. Metamodelling of wheel-rail normal contact in railway crossings with elasto-plastic material behavior // Engineering with Computers. 2019. Volume 35, Issue 1. P. 139-155.

24. Eric E. Magel, YanLiu. On some aspects of the wheel/rail interaction // Wear. 2014. Volume 314. Issues 1-2, June. P. 132-139.

25. Захаров С. М., Ромен Ю. С. Математическое моделирование влияния параметров пути и подвижного состав на процессы изнашивания колеса и рельса // Вестник ВНИИЖТ. 2010. № 2. С. 26-30.

26. Максимов И. Н. Прогнозирование изменения профиля колеса в зависимости от пробега расчетными методами // Вестник ВНИИЖТ. 2014. № 5. С. 30-37.

27. Ramalho A. Wear modelling in rail-wheel contact // Wear. 2015. Volumes 330-331, May-June. P. 524-532.

28. Braghin F., Bruni S., Lewis R. Railway wheel wear. In Wheel-Rail Interface Handbook. Edited by R. Lewis, U. Olofsson. Woodhead Publishing Limited, 2009. P 172-210.

29. Hesam Soleimani, Majid Moavenian. Tribological Aspects of Wheel-Rail Contact: A Review of Wear Mechanisms and Effective Factors on Rolling Contact Fatigue // Urban Rail Transit. 2017. Volume 3, Issue 4. P. 227-237.

30. Xia Li, Xuesong Jin, Zefeng Wen, Dabin Cui, Weihua Zhang. A new integrated model to predict wheel profile evolution due to wear // Wear. 2011. Volume 271, Issues 1-2. P. 227-237

31. Wang Wenjian, Guo Jun, Liu Qiyue. Experimental Study on Wear and Spalling Behaviors of Railway Wheel // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013. Volume 26, Issue 6. P. 1243-1249.

32. Kalusek J. Experimental Tribe-Analysis of Rail/Wheel Interface In: Kalker J.J., Cannon D.F., Orringer O. (eds) Rail Quality and Maintenance for Modern Railway Operation. Springer, Dordrecht. 1993. P. 225-238.

33. Deters L., Proksch M. Friction and wear testing of rail and wheel material // Wear. 2005. Volume 258, Issues 7-8. P. 981-991.

34. Vasirc G., Franklin F. J., Fletcher D. I. Influence of partial slip and direction of traction on wear rate in wheel-rail contact // Wear. 2011. Volume 270, Issues 3-4. P. 163-171.

35. Kassfeldt E., Lundmark J. Tribological properties of hardened high strength Boron steel at combined rolling and sliding condition // Wear. 2009. Volume 267, Issue 12. P. 2287-2293.

36. Daves W., Kubin W., Scheriau S., Pletz M. A finite element model to simulate the physical mechanisms of wear and crack initiation in wheel/rail contact // Wear. 2016. Volumes 366-367, November. P. 78-83.

37. Soshenkov S. N., Mezrin A. M. Integral Evaluation of Wheel Profile Forming during Wear Simulation in a Wheel-Rail System // Journal of Friction and Wear. 2008. Volume 29, Issue 5. P. 369-380.

38. Xin Zhao, Ze-feng Wen, Heng-yu Wang, Xue-song Jin, Min-hao Zhu. Modeling of high-speed wheel-rail rolling contact on a corrugated rail and corrugation development // Journal of Zhejiang University SCIENCE A. 2014. Volume 15, Issue 12. P. 946-963.

39. Chudzikiewicz A., Korzeb J. Simulation study of wheels wear in low-floor tram with independently rotating wheels // Archive of Applied Mechanics. 2018. Volume 88, Issues 1-2. P. 175-192.

40. Ali Esmaeili, Mandeep Singh Walia, Kazuyuki Handa, Katsuyoshi Ikeuchi , Magnus Ekh, Tore Vernersson, Johan Ahlstrom. A methodology to predict thermomechanical cracking of railway wheel treads: From experiments to numerical predictions // International Journal of Fatigue. 2017. Volume 105, December. P. 71-85.

41. Nayan Chandak, Mayank Yede, Prashant Malviya, M. K. Pradhan. Analysis of railway wheel to study crack initiation due to thermal loading and calculating life cycle // Materials Today: Proceedings. 2017. Volume 4, Issue 2, Part A. P. 2454-2463.

42. Xuesong Jin, Zefeng Wen, Xinbiao Xiao, Zhongrong Zhou. A numerical method for prediction of curved rail wear // Multibody System Dynamics. 2007. Volume 18, Issue 4. P. 531-557.

43. Markashova L. I., Poznyakov V. D., Gaivoronskii A. A., Berdnikova E. N., Alekseenko T. A. Estimation of the Strength and Crack Resistance of the Railway Wheels after Long-Term Operation // Materials Science. 2012. Volume 47, Issue 6, May. P. 799-806.

44. Lin Jing, Liangliang Han, Longmao Zhao, and Ying Zhang. The Dynamic Tensile Behavior of Railway Wheel Steel at High Strain Rates // Journal of Materials Engineering and Performance. 2016. Volume 25, Issue 11. P. 4959-4966.

45. Faccoli M., Petrogalli C., Lancini M., Ghidini A., Mazzu A. Rolling Contact Fatigue and Wear Behavior of High-Performance Railway Wheel Steels Under Various Rolling-Sliding Contact Conditions // Journal of Materials Engineering and Performance. 2017. Volume 26, Issue 7. P. 3271-3284.

46. Huang Y. B., Shi L. B., Zhao X. J., Cai Z. B., Liu Q. Y., Wang W. J. On the formation and damage mechanism of rolling contact fatigue surface cracks of wheel/rail under the dry condition // Wear. 2018. Volumes 400-401, April. P. 62-73.

47. Chang Chongyi, Wang Chengguo, Jin Ying. Study on numerical method to predict wheel/rail profile evolution due to wear // Wear. 2010. Volume 269, Issue 3-4. P. 167-173.

48. Vakulenko I. A., Grishchenko N. A. Structural Changes in a Railway Wheel Rim during Operation // Russian Metallurgy (Metally). 2010. Volume 2010, Issue 5. P. 408-411.

49. Ahlstrom J., Karlsson B. Microstructural evaluation and interpretation of the mechanically and thermally affected zone under railway wheel flats // Wear. 1999. Volume 232, Issue 1. P. 1-14.

50. Nielsen J. C. O., Fredo C. R. Multi-disciplinary optimization of railway wheels // Journal of Sound and Vibration. 2006. Volume 293, Issues 3-5. P. 510-521.

51. Ignesti M. ,Innocenti A. ,Marini L. ,Meli E., Rindi A. ,Toni P. Wheel profile optimization on railway vehicles from the wear viewpoint // International Journal of Non-Linear Mechanics. 2013. Volume 53, July. P. 41-54.

52. Ромен Ю С., Бороненко Ю. П. Гармонизация профилей рельса и колесной пары // Вестник ВНИИЖТ. 2016. Том 75, № 4. С. 201-206.

53. Петракова А. Г. Повышение эксплуатационного ресурса цельнокатаных колес грузовых вагонов путем выбора рационального интервала их твердости: дис. ... канд. техн. наук. Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ)), Омск. 2008. 198 с.

54. Razhkovskiy A. A., Bunkova T. G., Petrakova A. G., Gateluk O. V. Optimization of Hardness Ratio in Rail-Wheel Friction Pair // Journal of Friction and Wear. 2015. Volume 36, Issue 4. P. 334-341.

55. Koan-Sok Baek, Keiji Kyogoku, Tsunamitsu Nakahara. An experimental investigation of transient traction characteristics in rolling-sliding wheel/rail contacts under dry-wet conditions // Wear. 2007. Volume 263, Issues 1-6. P. 169-179.

56. Wang W. J., Lewis R., Evans M. D., Liu Q. Y. Influence of Different Application of Lubricants on Wear and Pre-existing Rolling Contact Fatigue Cracks of Rail Materials // Tribology Letters. 2017. Volume 65. Article № 58. 15 p.

57. Mazzú A., Petrogalli C., Lancini M., Ghidini A., Faccoli M. Effect of Wear on Surface Crack Propagation in Rail-Wheel Wet Contact // Journal of Materials Engineering and Performance. 2018. Volume 27, Issue 2. P. 630-639.

58. Galas R., Omasta M., Krupka I., Hartl M. Laboratory investigation of ability of oil-based friction modifiers to control adhesion at wheel-rail interface // Wear. Volumes 368-369, December. P. 230-238.

59. Arias-Cuevas O., Li Z., Lewis R., Gallardo-Hernández E. A. Rolling-sliding laboratory tests of friction modifiers in dry and wet wheel-rail contacts // Wear. 2010. Volume 268, Issues 3-4. P. 543-551.

60. Trummer G., Buckley-Johnstone L. E., Voltr P., Meierhofer A., Lewis R., Six K. Wheel-rail creep force model for predicting water induced low adhesion phenomena // Tribology International. 2017. Volume 109, May. P. 409-415.

61. Straffelini G. Friction and Wear. Methodologies for Design and Control. / G. Straffelini. Switzerland: Springer International Publishing. 2015. 183 p.

62. Вакуленко И. А., Перков О. Н. Использование термического упрочнения элементов железнодорожных колес с целью повышения эксплуатационной надежности // Вюник Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. им. акд.

B. Лазаряна. 2008. Вип. 24. С. 195-196.

63. Сарсембаева Т. Е., Канаев А. Т., Тайманова Г. К. Дифференциальная термическая обработка цельнокатаных колес грузовых вагонов. Сталь. 2017. № 5. С. 56-59.

64. Чукмасов С. Ф., Есаулов В. П., Холявко З. И., Босис З. М., Черных А. И., Коноплястая В. К., Тарасенко Н. Н., Юрченко Н. П. Исследование возможности упрочнения цельнокатаных колес энергией взрыва // Вопросы производства и эксплуатации железнодорожных колес и осей. Тематический сборник научных трудов. Днепропетровск. 1971. С. 77-82.

65. Иванов П. П., Исакаев Э. Х., Изотов В. И. Эффективный способ поверхностного упрочнения железнодорожных колес // Сталь. 2000. № 1.

C. 63-65.

66. Гонтарук Е. И., Ильичев М. В., Исакаев Э. Х. и др. Новая технология поверхностного плазменного упрочнения стальных изделий // Сталь. 2002. № 6. С. 78-81.

67. Антиповский С. В., Исакаев Э. Х., Тюфтяев А. С. И др. Плазменное упрочнение как способ увеличения ресурса колесных пар // Локомотив. 2009. № 6. С. 26-27.

68. Тюфтяев А. С., Мордынский В. Б., Желобцов Е. А. и др. Влияние параметров поверхностной плазменной обработки стали 60Г на трибологические характеристики упрочненного слоя // Справочник. Инженерный журнал. 2014. № 11. С. 6-12.

69. Лыков А. М., Маслов В. Э., Глибина Л. А. Плазменное упрочнение гребней локомотивных и вагонных колес // Вестник ВНИИЖТ. 2005. № 1. С. 31-33.

70. . Кузьмичев Е. Н., Трофимович В. В., Попов М. А., Шарай И. Э. Повышение ресурса колесных пар локомотивов плазменным упрочнением // Вестник Института тяги и подвижного состава. 2016. № 12. С. 31-33.

71. Петров С. Ю., Рябов А. А., Костюкевич А. И. Упрочнение гребней и снижение износа колесных пар // Мир транспорта. 2013. № 2. С. 62-69.

72. Богданов А. В., Грезев Н. В., Шмелев С. А. Применение волоконных лазеров для повышения износостойкости и контактно-усталостной прочности железнодорожных колес // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2015. № 6. С. 30-34.

73. Лыков А. М. Упрочение стали плазменными генераторами // Физика и химия обработки материалов. 2008. № 2. С. 71-75.

74. Degtyarev S. I., Skoblo T. S., Sapozhnikov V. E. A Study and Development of Technology for Surface Induction Hardening of Railroad Rails from Low-alloy Steel // Metal Science and Heat Treatment. 1998. Volume 40, Issue 12. P. 477-481.

75. Vinokurov I. Ya, Lashchenko L. B., Murav'ev E. A., Nikonova N. N., Safonova K E, Shur E. A. Development and industrial assimilation of improved technology for thermal hardening of railway rails // Metal Science and Heat Treatment. 1984. Volume 26, Issue 10, October. P. 753-757.

76. Kusmanov S. A., Silkin S. A., Smirnov A. A., Belkin P. N. Possibilities of increasing wear resistance of steel surface by plasma electrolytic treatment // Wear. 2017. Volumes 386-387, September. P. 239-246.

77. Korotkov V. A. Wear Resistance of Plasma-Hardened Materials // Journal of Friction and Wear. 2011. Volume 32, Issue 1. P. 17-22.

78. Dongfang Zeng, Liantao Lu, Ning Zhang, Yubin Gong, Jiwang Zhang. Effect of different strengthening methods on rolling/sliding wear of ferrite-pearlite steel // Wear. 2016. Volumes 358-359, July. P. 62-71.

79. Lingamanaik S. N., Chen B. K. Thermo-mechanical modelling of residual stresses induced by martensitic phase transformation and cooling during quenching of railway wheels // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Volume 211, Issue 9. P. 1547-1552.

80. Dongfang Zeng, Liantao Lu, Zhengyang Li, Jiwang Zhang, Xuesong Jin, Minhao Zhu. Influence of laser dispersed treatment on rolling contact wear and fatigue behavior of railway wheel steel // Materials and Design. 2014. Volume 54, February. P. 137-143.

81. Ильичев М. В., Гетманова М. Е., Тюфтяев А. С., Филиппов Г. А., Юсупов Д. И. Актуальные вопросы повышения эксплуатационной стойкости железнодорожных колес // Известия ПГУПС. 2018. № 1. С. 42-46.

82. Гречнева М. В. Краткий анализ результатов работ в области плазменного поверхностного упрочнения сталей и сплавов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т 21. № 5. С. 10-23.

83. Korotkov A. V., Zlokazov M. V. Studying Wear Resistance of Carbon Steels Strengthened by Plasma Hardening // Journal of Friction and Wear. 2014. Volume 35, Issue 2. P. 133-136.

84. Korotkov V. A. Metallurgical Equipment Component Plasma Hardening // Metallurgist. 2014. Volume 58. Issues 7-8, November. P. 705-711.

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

86. Reza Masoudi Nejad. Using three-dimensional finite element analysis for simulation of residual stresses in railway wheels // Engineering Failure Analysis. 2014. Volume 45, October. P. 449-455.

87. Lingamanaik S. N., Chen B. K. Prediction of residual stresses in low carbon bainitic-martensitic railway wheels using heat transfer coefficients derived from quenching experiments // Computational Materials Science. 2013. Volume 77, September. P. 153-160.

88. Karpinos B. S., Barilo V. G., Petrov S. V., Saakov A. G., Markashova L. I., Valevich M. L., Drogovoz V. P., Solov'eva N. G., Zadorozhnyi V. V. Thermal and Thermal-stressed States of Railway Wheels in the Process of Local Surface Hardening // Strength of Materials. 2004. Volume 36, Issue 3. P. 304-313.

89. Murav'ev V. V., Petrov S. Yu., Volkova L. V. The Distribution of Residual Stresses in Railroad Wheels after Electrocontact Strengthening of the Rolling Surface // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2015. Volume 51. Issue 10. P. 652-660.

90. Воробьев А. А., Скребков А. В., Осипов. Д. В. Оценка эффективности плазменного упрочнения бандажей колесных пар локомотивов на ВосточноСибирской железной дороге // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2011. № 4 (12), декабрь. С. 15-22.

91. Устройство для плазменной обработки / Исакаев М.-Э. Х., Тюфтяев А. С., Яблонский А. Э. // Патент РФ № 2152445, 04.03.1999 г.

92. Устройство для плазменной обработки изделия / Исакаев М.-Э. Х., Тюфтяев А. С., Троицкий А. А., Яблонский А. Э. // Патент РФ № 2069131, 28.03.1995 г.

93. Способ и устройство для плазменной обработки тела вращения / Исакаев М.-Э. Х., Тюфтяев А. С., Яблонский А. Э. // Патент РФ № 2401310,

02.06.2009 г.

94. Способ упрочнения локомотивных и вагонных колес / Шахпазов Е. Х., Филиппов Г. А., Белоусов Г. С., Гетманова М. Е., Ромашова Н. Н., Исакаев М.-Э. Х., Тюфтяев А. С., Ильичев М. В. // Патент РФ № 2454469,

26.08.2010 г.

95. Способ упрочнения железнодорожных колес и железнодорожное колесо с упрочненной рабочей поверхностью / Цой В., Балановский А.Е. // Патент РФ № 2430166, 01.03.2010 г.

96. Способ плазменной термической обработки изделий и устройство для его осуществления / Лыков А. М., Почепаев В. Г., Редькин Ю. Г. // Патент РФ № 2092580, 29.03.1996 г.

97. Загорский В. К., Загорский Я. В. Нанотехнологии в железнодорожном транспорте // Нефтегазовое дело. 2014. № 3. С. 435-456.

98. Вакуленко I. О., Пройдак С. В., Страдомскш З., Дядько В. А. Вплив электричного юкрового розряду на твердють // Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту. 2014. № 2(50). С. 95-102.

99. Соломин А. П., Гончарова Д. С., Балагура А. С. Повышение эксплуатационного ресурса колесных пар локомотивов // Вестник института тяги и подвижного состава. 2016. № 12. С. 75-77.

100. Чупраков В. Е., Мельниченко О. В. Увеличение ресурса бандажей колесных пар электровозов путем повышения мотивации работы токаря // Вестник ВНИИЖТ. 2009. № 5. С. 42-45.

101. Муравьев В. В., Петров С Ю., Волкова Л. В. Распределение остаточных напряжений в железнодорожных колесах после электроконтактного упрочнения поверхности катания // Дефектоскопия. 2015. № 10. С. 64-74.

102. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. З.Методы поверхностной лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / Григорьянц А. Г., Сафонов А. Н. Под ред. А. Г. Григорьянца. М.: Высшая школа. 1987. 191 с.: ил.

103. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Мисюров А. И. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А. Г. Григорьянца. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2008. 664 с.: ил.

104. Ernesto Gutierrez-Miravete. A Mathematical Model of Laser Surface Hardening of Steel // Journal of Heat Treating. 1989. Volume 7, Issue 1. P. 19-25.

105. Kovalenko V. S., Verkhoturov A. D., Golovko L. F., Podchernyaeva I. A. Laser surface hardening and electric-spark surface hardening of materials // Journal of Soviet Laser Research. 1988. Volume 9, Issue 1, January. P. 1-175.

106. Joshi S. V., Manish Roy. Chapter 7. Laser Surface Modification for Protection against Wear. In M. Roy (ed.), Surface Engineering for Enhanced Performance against Wear. Vienna: Springer. 2013. P. 229-275.

107. Способ упрочнения стальных колес / Чкалов Л. А., Квасов М. И., Шарадзе О. Х., Кулемин В. Н. // Патент РФ № 2127768, 10.12.1997 г.

108. Богданов А. В., Соколов В. И., Шмелев С. А. Выбор оптимальных конфигураций оптических систем для задачи лазерной термообработки стальных изделий // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2017. № 10. С. 30-34.

109. Способ лазерной обработки поверхности катания и гребня железнодорожных колесных пар / Тимакова Е. А., Чкалов Л. А., Шестернин И. М., Бакланов Ф. И. // Патент РФ № 2389805, 21.11.2008 г.

110. Губенко С. И., Никульченко И. А. Влияние лазерной обработки на структуру колесной стали // Металознавство та термiчна обробка металiв. 2017. № 1 (76). С. 34-40.

111. Yuda Chen, Xiujuan Zhao, Pengtao Liu, Rui Pan, Ruiming Ren. Influences of local laser quenching on wear performance of D1 Wheel Steel // Wear. 2018. Volumes 414-415, November. P. 243-250.

112. Zheng-yang Li, Xu-hui Xing, Ming-jiang Yang, Bing Yang, Zhi-yuan Ren, Hua-qiang Lin. Investigation on rolling sliding wear behavior of wheel steel by laser dispersed treatment // Wear. 2014. Volume 314, Issues 1-2. P 236-240.

113. Bhaduri D., Batal A., Dimov S. S., Zhang Z., Dong H., Fallqvist M., M'Saoubi R. On design and tribological behaviour of laser textured surfaces // Procedia CIRP. 2017. Volume 60. P. 20-25.

114. Лахтин Ю. М., Арзамасов Б. Н. Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1985. 256 с.

115. Крукович М. Г., Бадерко Е. А., Клочков Н. П. Упрочнение деталей азотированием и моделирование кинетики формирования диффузионных слоев при ионном процессе // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 2. С. 62-66.

116. Крукович М. Г. Анализ структурообразования при поверхностной обработке сталей // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 3. С. 36-39.

117. Kusmanov S. A., Kusmanova Yu. V., Smirnov A. A., Belkin P. N. Modification of steel surface by plasma electrolytic saturation with nitrogen and carbon // Materials Chemistry and Physics. 2016. Volume 175, June. P. 164-171.

118. Третьяков Р. С. Технологические особенности процесса лазерной модификации поверхностей с коаксиальной подачей порошковых материалов: дис. ... канд. техн. наук. МГТУ им. Н. Э. Баумана. Москва. 2014. 158 с.

119. Cerri W., Martinella R., Mor G. P., Bianchi P., Angelo D. D.'. Laser deposition of carbide-reinforced coatings // Surface and Coatings Technology. 1991. Volume 49, Issues 1-3. P. 40-45.

120. Nurminen J., Nakki J., Vuoristo P. Microstructure and properties of hard and wear resistant MMC coatings deposited by laser cladding // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2009. Volume 27, Issue 2. P. 472-478.

121. Fuquan Li, Zhenzeng Gao, Liqun Li, Yanbin Chen. Microstructural study of MMC layers produced by combining wire and coaxial WC powder feeding in laser direct metal deposition // Optics & Laser Technology. 2016. Volume 77, March. P. 134-143.

122. Verwimp J., Rombouts M., Geerinckx E., Motmans F. Applications of Laser Cladded WC-Based Wear Resistant Coatings // Physics Procedia. 2011. Volume 12, Part A. P. 330-337.

123. Sahour M. C., Bahloul A., Vannes A. B. Characteristics of the laser clad metal made with pow der mixture of Ni-based alloy and tungsten carbide // International Journal of Material Forming. 2008. Volume 1, Supplement 1, April. P. 1379-1382.

124. Григорьянц А. Г., Ставертий А. Я., Базалеева К. О., Юдина Т. Ю., Смирнова Н. А., Третьяков Р. С., Мисюров А. И. Лазерная наплавка композиционных износостойких покрытий на никелевой основе, армированных карбидом вольфрама // Сварочное производство. 2016. № 1. С. 10-15.

125. Chun Guo, Jiansong Zhou, Jianmin Chen, Jierong Zhao, Youjun Yu, Huidi Zhou. High temperature wear resistance of laser cladding NiCrBSi and NiCrBSi/WC-Ni composite coatings // Wear. 2011. Volume 270, Issues 7-8. P. 492-498.

126. Zhikun Weng, AihuaWang, Xuhao Wu, YuyingWang, Zhixiang Yang. Wear resistance of diode laser-clad Ni/WC composite coatings at different temperatures // Surface and Coatings Technology. 2016. Volume 304, October. P. 283-292.

127. Amado J. M., Tobar M. J., Yáñez A., Amigó V., Candel J. J. Crack Free Tungsten Carbide Reinforced Ni(Cr) Layers obtained by Laser Cladding // Physics Procedia. 2011. Volume 2011, Part A. P. 338-344.

128. Deschuyteneer D., Petit F., Gonon M., Cambier F. Processing and characterization of laser clad NiCrBSi/WC composite coatings — Influence of microstructure on hardness and wear // Surface and Coatings Technology. 2015. Volume 283, December. P. 162-171.

129. Новиченко Д. Ю. Разработка и исследование процесса прямого лазерного изготовления детали из композитного материала на основе стали и карбида титана: дис. ... канд. техн. накук. МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва. 2011. 159 c.

130. Novichenko D., Marants A., Thivillon L., Bertrand Ph., Smurov I. Metal Matrix Composite Material by Direct Metal Deposition // Physics Procedia. 2011. Volume 12, Part A. P. 296-302.

131. Sen Yang, Wenjin Liu, Minlin Zhong, Zhanjie Wang, Hiroyuki Kokawa. Fabrication of in-situ synthesized TiC particles reinforced composite coating by powder feeding laser cladding // Journal of Material Science. 2005. Volume 40, Issues 9-10. P. 2751-2754.

132. Mianhuan Guo, Aiguo Liu, Minhai Zhao, Hailong Hu, Zhijian Wang. Microstructure and wear resistance of low carbon steel surface strengthened by plasma melt injection of SiC particles // Surface and Coatings Technology. 2008. Volume 202, Issue 16. P. 4041-4046.

133. Aiguo Liu, Mianhuan Guo, Hailong Hu. Improved Wear Resistance of Low Carbon Steel with Plasma Melt Injection of WC Particles // Journal of Materials Engineering and Performance. 2010. Volume 19, Issue 6. P. 848-851.

134. Youlu Yuan, Zhuguo Li. Microstructure and Tribology Behaviors of In-situ WC/Fe Carbide Coating Fabricated by Plasma Transferred Arc Metallurgic Reaction // Applied Surface Science. 2017. Volume 423, November. P. 13-24.

135. Minhai Zhao, Aiguo Liu, Mianhuan Guo, Dejian Liu, Zhijian Wang, Changbai Wang. WC reinforced surface metal matrix composite produced by plasma melt injection // Surface and Coatings Technology. 2006. Volume 201, Issues 3-4. P. 1655-1659.

136. Yi-ming Zhong, Xiao-dong Du, and Gang Wu. Effect of Powder-Feeding Modes During Plasma Spray on the Properties of Tungsten Carbide Composite Coatings // Journal of Materials Engineering and Performance. 2017. Volume 26, Issue 5. P. 2285-2292.

137. Pantelis D., Miehaud H., de Freitas M. Wear behaviour of laser surface hardfaced steels with tungsten carbide powder injection // Surface and Coatings Technology. 1993. Volume 57, Issues 2-3. P. 123-131.

138. Cojocaru M., Taca M. Tungsten carbide laser alloying of a low alloyed steel // Applied Surface Science. 1996. Volume 106, October. P. 258-262.

139. Fernández M. R., García A., Cuetos J. M., González R., Noriega A., Cadenas M. Effect of actual WC content on the reciprocating wear of a laser cladding NiCrBSi alloy reinforced with WC // Wear. 2015. Volumes 324-325, February. P. 80-89.

140. Ortiz A., García A., Cadenas M., Fernández M. R., Cuetos J. M. WC particles distribution model in the cross-section of laser cladded NiCrBSi +WC coatings, for different wt% WC // Surface and Coatings Technology. 2017. Volume 324, September. P. 298-306.

141. Liang Wang, Jianhua Yao, Yong Hu, Qunli Zhang, Zhuo Sun, Rong Liu. Influence of electric-magnetic compound field on the WC particles distribution in laser melt injection // Surface and Coatings Technology. 2017. Volume 315, April. P. 32-43.

142. Do Nascimento A. M., Ocelik V., Ierardi M. C. F., De Hosson J. Th. M. Wear resistance of WCp/Duplex Stainless Steel metal matrix composite layers prepared by laser melt injection // Surface and Coatings Technology. 2008. Volume 202, Issue 19. P. 4758-4765.

143. . Deschuyteneer D., Petit F., Gonon M., Cambier F. Influence of large particle size - up to 1.2 mm- and morphology on wear resistance in NiCrBSi/WC laser cladded composite coatings // Surface and Coatings Technology. 2017. Volume 311, February. P. 365-373.

144. Xin Tong, Fu-hai Li, Min Kuang, Wen-you Ma, Xing-chi Chen, Min Liu. Effects of WC particle size on the wear resistance of laser surface alloyed medium carbon steel // Applied Surface Science. 2012. Volume 258, Issue 7. P. 3214-3220.

145. Shengfeng Zhou, Xiaoqin Dai, Haizhong Zheng. Microstructure and wear resistance of Fe-based WC coating by multi-track overlapping laser induction hybrid rapid cladding // Optics & Laser Technology. 2012. Volume 44, Issue 1. P. 190-197.

146. Shengfeng Zhou, Xiaoyan Zeng. Growth characteristics and mechanism of carbides precipitated in WC-Fe composite coatings by laser induction hybrid rapid cladding // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Volume 505, Issue 2. P. 685-691.

147. Jiaoxi Yang, Zhiyong Xiao, Feng Yang, Hong Chen, Xibing Wang, Shengfeng Zhou. Microstructure and magnetic properties of NiCrMoAl/WC coatings by laser cladding: Effect of WC metallurgical behaviors // Surface and Coatings Technology. 2018. Volume 350, September. P. 110-118.

148. Do Nascimento A. M., Ocelik V., Ierardi M. C. F., De Hosson J. Th. M. Microstructure of reaction zone in WCp/duplex stainless steels matrix composites processing by laser melt injection // Surface and Coatings Technology. 2008. Volume 202, Issue 10. P. 2113-2120.

149. Babu S. S., David S. A, Martukanitz R. P., Parks K. D. Toward Prediction of Microstructural Evolution during Laser Surface Alloying // Metallurgical and Material Translations A. 2002. Volume 33, Issue 4. P. 1189-1200.

150. Dongdong Gu, Ji Ma, Hongyu Chen, Kaijie Lin, Lixia Xi. Laser additive manufactured WC reinforced Fe-based composites with gradient

reinforcement/matrix interface and enhanced performance // Composite Structures. 2018. Volume 192, May. P. 387-396.

151. Dejian Liu, Liqun Li, Fuquan Li, Yanbin Chen. WCp/Fe metal matrix composites produced by laser melt injection // Surface and Coatings Technology. 2008. Volume 202, Issue 9. P. 1771-1777.

152. Shengfeng Zhou, Xiaoqin Dai. Microstructure evolution of Fe-based WC composite coating prepared by laser induction hybrid rapid cladding // Applied Surface Science. 2010. Volume 256, Issue 24. P. 7395-7399.

153. Yilbas B. S., Akhtar S. S., Karatas C., Boran K. Laser treatment of dual matrix cast iron with presence of WC particles at the surface: Influence of self-annealing on stress fields // Optics & Laser Technology. 2016. Volume 76, January. P. 6-18.

154. Amado J. M., Tobar M. J., Yanez A. Laser cladding of NiCr-WC metal matrix composites: dependence on the matrix composition // Proceedings of the 36th International MATADOR Conference, Manchester, UK. 2010. P. 459-462.

155. Jiandong Wang, Liqun Li, Wang Tao. Crack initiation and propagation behavior of WC particles reinforced Fe-based metal matrix composite produced by laser melting deposition // Optics & Laser Technology. 2016. Volume 82, August. P. 170-182.

156. Zulai Li, Yehua Jiang, Rong Zhou, Fan Gao, Quan Shan, Jun Tan. Thermal fatigue mechanism of WC particles reinforced steel substrate surface composite at different thermal shock temperatures // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Volume 596, May. P. 48-54.

157. Марочник сталей и сплавов. 2-е изд., доп. и испр. / Зубченко А. С., Колосков М. М., Каширский Ю. В. и др. Под общ. ред. А. С. Зубченко - М.: Машиностроение. 2003. 784 с.: ил.

158. Чаплыгин Ф.И. Карбиды вольфрама. 2011. [Электронный ресурс] - режим доступа: URL: http://www.kamet.com.ua/attachments/article/74/kv_1_2_1.pdf

159. Lin-Jie Zhang, Gui-Feng Zhang, Xiao-Yang Bai, Jie Ning, Xing-Jun Zhang. Effect of the process parameters on the three-dimensional shape of molten pool during full-penetration laser welding process // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Volume 86, Issues 5-8. P. 1273-1286.

160. Гаврилюк В. С., Григорьянц А. Г., Иванов В. В., Щеглов М. Е. Особенности кристаллизации шва при сварке лучом лазера // Автоматическая сварка. 1983. № 6. С. 27-29.

161. Григорьянц А. Г., Мисюров А. И., Третьяков Р. С., Пересторонин А. В. Устройство для удаления металла из сварочной ванны при исследовании ее формы // Сварочное производство. 2016. № 12. С. 35-37.

162. Grigoryants A. G., Misyurov A. I., Tretyakov R. S., Perestoronin A. V. A device for removing metal from the weld pool when studying the shape of the weld pool // Welding International. 2017. Volume 31, Issue 10. P. 814-816.

163. The Making, Shaping and Treating of steel, Volume 1. 11 edition / Edited by Fruehan, R. J. Pittsburgh, PA: The AISE Steel Foundation. 1998. 767 p.

164. Попель С. И., Сотников А. И., Бороненков В. Н. Теория металлургический процессов: Учеб. пособие для вузов. М.: Металлургия. 1986. С. 463.

165. Дренин А. А. Исследование взаимодействия газопорошкового потока с лазерным излучением при коаксиальной подаче порошковых материалов с различной формой и размерами частиц в процессе лазерной наплавки // Молодежный научно-технический вестник: электрон. издание. Эл. № ФС77-51038. 2014. № 05. URL: http://sntbul.bmstu.ru/doc/721953.html/.

166. Гурин А. М., Ковалев О. Б. Моделирование многовихревой конвекции мелкодисперсных легирующих компонентов в ванне расплава под действием лазерного излучения. Теплофизика и аэромеханика. 2013. Том 20, № 2. С. 229-238.

167. Самарин П. Е. Получение композиционных покрытий с внедрением частиц

SiC в поверхность алюминиевых сплавов лазерным излучением: дис.....канд.

техн. наук. МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва. 2015. 112 с.

168. Гусаров А. В. Перенос излучения в слоях металлических порошков при лазерном формировании // Квантовая электроника. 2010. Том 40, № 5, С. 451-459.

169. Gusarov A. V. Homogenization of radiation transfer in two-phase media with irregular phase boundaries // Physical Review. 2008. Volume B 77. Article № 144201. 15 p.

170. Костенков С. Н. Затухание интенсивности лазерного излучения при взаимодействии с высокодисперсными порошковыми средами: дис. ... канд физ.-мат. наук. Удмуртский государственный университет, Ижевск. 2015. 160 с.

171. Ставертий А. Я. Разработка и исследование технологии выращивания объектов методом коаксиального лазерного плавления порошковых материалов: дис. ... канд. техн. наук. МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва. 2017. 150 с.

172. Гонсалес Л. Ф. Методики оптимизации процесса лазерного нанесения износостойких покрытий на валы газовых турбин: дис. канд. техн. наук. МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, 2017. 146 с.

173. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Третьяков Р. С., Брюнчуков Г. И., Асютин Р. Д., Пересторонин А. В. Упрочнение поверхности колёс железнодорожных локомотивов путём создания композитного слоя методом лазерно-порошковой обработки // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД». 2018. № 4. С. 40-50.

174. Банных О. А., Буддерг П. Б., Алисова С. П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа. Справочник / под ред. О. А. Банных и М. Е. Дрина. М. Металлургия. 1986. 440 с.

175. Арзамасов Б. Н., Макарова В. И., Мухин Г. Г. и др. Материаловедение: Учебник для вузов / под ред. Б. Н. Арзамасова, Г. Г. Мухина. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2008. 648 с.: ил.

ПРИЛОЖЕНИЕ

П.1. Химический состав и свойства материала образцов

Информация о составе и свойствах образцов получена от АО «ВНИИЖТ».

Химический состав образцов в виде пластин представлен в Таблице П.11, в виде роликов - в Таблице П. 2. Измерение содержания элементов проведено с использованием установки Spectrometer MAGELLAN в лаборатории АО «ВНИИЖТ».

В Таблице П.3 в Приложении представлены температуры критических точек бандажной стали марки 2 по ГОСТ 398-2010, в Таблице П.4 - значения некоторых

теплофизических свойств.

Таблица П.1.

Химический состав образцов - пластин

Химический элемент Массовая доля, % Химический элемент Массовая доля, %

C 0,599 B 0,00036

Si 0,362 Nb 0,0023

Mn 0,859 Sb < 0,0010

P 0,0091 Sn 0,0017

S 0,0053 Ti 0,0022

Cr 0,094 V 0,032

Mo < 0,0010 W < 0,0020

Ni 0,049 Zr 0,0011

Al 0,0040 N < 0,00010

Cu 0,011 Ca 0,00051

As < 0,00050 Fe 97,97

Таблица П. 2.

Химический состав образцов-роликов

Марка стали бандажа Содержание элементов, %

С Мп Сг V Мо N1 Си Р Б

«2» 0,61 0,85 0,39 0,01 0,003 0,005 0,03 0,05 0,015 0,003

Таблица П.3.

Температуры критических точек бандажной стали марки 2 по ГОСТ 398-2010

Критическая точка Ас1 АС3 (Аст) АГ3 (Агст) Ап Мн

Температура, °С 728 769 742 691 268

Таблица П. 4.

Некоторые теплофизические свойства бандажной стали марки 2 по ГОСТ 398-2010

Температура, °С Ех10-5, МПа а, 10-6/°С Вт/(мх°С) кг/м3 Ср, кДж/(кгх°С)

20 2,04

100 10,87 45 484

200 12,04 487

300 12,84 28

400 13,50 529

500 14,29

600 14,91 25 575

В Таблице П.5 представлены механические свойства материала бандажа, из которого изготовлены образцы в виде роликов для испытаний на износостойкость.

Таблица П. 5

Механические свойства бандажа, из которого были изготовлены образцы

Марка стали бандажа Временное сопротивление разрыву, Н/мм2 Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Твердость на глубине 30 мм, НУ10 Ударная вязкость KCU при +20 °С, Дж/cм2

«2» 1025 18 36 296 56

При испытаниях на износ использовались ответные образцы в виде роликов, вырезанные из серийного рельса марки К76Ф по ГОСТ Р 51685-2000. Химический состав и механические свойства представлены в Таблице П.6 и Таблице П. 7 соответственно.

Таблица П.6.

Химический состав рельс по результатам спектрального анализа

Марка стали рельса Содержание элементов, %

C Mn Si V Al P S

К76Ф 0,77 0,94 0,41 0,071 0,0036 0,009 0,007

Таблица П.7.

Механические свойства рельса, из которого были изготовлены образцы

Марка стали рельса Временное сопротивление разрыву, Н/мм2 Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Твердость на глубине 3 мм, НУю Ударная вязкость КСи при + 20 °С, Дж/см2

К76Ф 1268 12 27 383 33

В диссертационный совет Д 212.141.06 при

МГТУ им. Н. Э. Баумана 105005. Г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5. стр. 1

ОТЗЫВ

Научного руководителя, к.т.н., доцента Мисюрова Александр Ивановича о работе Пересторонина Александра Владимировича над диссертацией «Технология лазерной поверхностной модификации бандажных сталей карбидом вольфрама», представленной на соискание учёной степени кандидата технических по специальности 05.02.07- Технология и оборудование механической и физико-технической обработки.

Разработка и внедрение новых ресурсосберегающих технологий физико-технической обработки является актуальной задачей. Диссертационная работа Пересторонина A.B. посвящена созданию технологического процесса лазерной поверхностной модификации бандажных сталей карбидом вольфрама. Предлагаемая технология физико-технической обработки позволяет получить износостойкие композитные слои и повысить ресурс работы изделий железнодорожной техники, что имеет существенное значение для развития машиностроения. С этих позиций цель, поставленная в диссертации, является весьма актуальной.

Автор диссертации Пересторонин Александр Владимирович создал физико-математическую модель движения упрочняющих частиц при их взаимодействии с жидким металлом расплавленной ванны. Это позволило определить рациональные параметры подачи порошка и спрогнозировать распределение частиц по глубине упрочнённого слоя. Установлено, что содержание WC в слое должно быть ограничено значениями от 8 до 10 %. В этом диапазоне модифицирования, более чем на порядок, повышается износостойкость поверхности деталей, обработанных лазером.

Автором получены регрессионные зависимости, связывающие основные характеристики упрочненного слоя с параметрами обработки, выбраны оптимальные диапазоны режимов. На основе этих результатов разработана технологическая инструкция по выполнению лазерной модификации поверхности с введением частиц WC. В ходе выполнения работы, было сконструировано и изготовлено устройство для исследования формы изотермы плавления, основанное на удалении жидкого металла из зоны обработки. Получен патент на полезную модель РФ № 1 66551.

В ходе работы над диссертацией Пересторонин А. В. показал устойчивые и высокие навыки экспериментатора, достаточное владение методами научных исследований, в том числе математическим аппаратом. Автор проявил способность самостоятельно решать различные инженерные задачи, возникающие при проведении научных исследований, и показал себя как грамотный специалист в области лазерных технологий.

Будучи аспирантом кафедры МТ12 МГТУ им. Н. Э. Баумана. Пересторонин А. В. проявил высокую инициативность и работоспособность. Участвовал в выполнении трех научно исследовательских работ, в том числе по теме диссертации - при финансовой поддержки РФФИ в рамках проекта № 17-20-

03230.

Пересторониным А. В. в соавторстве опубликовано 5 статей в изданиях, входящих в список ВАК РФ, либо в базу Scopus, получен 1 патент на полезную модель, подготовлены и выполнены доклады на семинарах кафедры, всероссийской и международной научных конференциях.

С учётом активности и достижения практических результатов, приведших к созданию нового метода получения износостойких слоев в бандажных сталях лазерным модифицированием, имеющего существенное значение для развития машиностроения, а также квалификационного уровня соискателя считаю целесообразным присвоить Пересторонину А. В. учёную степень кандидата

технических наук по специальности 05.02.07- Технология механической и физико-технической обработки.

и оборудование

Научный руководитель

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Лазерные технологии в машиностроении» МГТУ им Н. Э. Баумана г Москва, 2-я Бауманская ул. Д. т. 8(499)261-38-45 Эл. почта: [e-mail]

Мисюров А. И.

9 ? * * 0

алъкика управления КАДРОВ

им Н Э БАУМАНА

4 г Матвеев