Черняк Ярослав Петрович. Розробка матеріалів і технології наплавлення зношених рейок на діючій трамвайній колії

Короткий опис

Черняк Ярослав Петрович. Розробка матеріалів і технології наплавлення зношених рейок на діючій трамвайній колії: дис... канд. техн. наук: 05.03.06 / НАН України; Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона. - К., 2005

Черняк Я.П.РОЗРОБКА МАТЕРІАЛІВ І ТЕХНОЛОГІЇ НАПЛАВЛЕННЯ ЗНОШЕНИХ РЕЙОК НА ДІЮЧІЙ ТРАМВАЙНІЙ КОЛІЇ. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 «Зварювання та споріднені технології». Інститут електрозварювання ім.Є.О.Патона НАН України, Київ 2005.
Робота присвячена створенню нових экономнолегованих матеріалів, технології та устаткування для відновлення та зміцнення жолобчастих рейок на діючій трамвайній колії, а також розробці металургійних і технологічних мір поліпшення якості наплавлення деталей зі сталей які мають вміст вуглецю 0,4% без попереднього і супутнього підігрівів.
Встановлено, що для запобігання утворення тріщин у ЗТВ наплавлення аустенітними матеріалами деталей з вуглецевих сталей необхідно вести на погонній енергії 28 кДж/см. Показано, що причинами утворення тріщин є низький опір ЗТВ уповільненому руйнуванню Руд» 380 МПа в поєднанні з високим рівнем залишкових розтягуючих напружень (до 400 МПа) і утворенням мартенситної структури (HV 450) у ЗТВ. Наплавлення на підвищеній погонній енергії дозволяє уникнути утворення мартенситу в ЗТВ і збільшує її опір уповільненому руйнуванню в 1,5 рази, що є достатньою умовою для запобігання утворення тріщин.
Для наплавлення без підігріву деталей з вуглецевих сталей запропонована принципово нова система легування пластичного наплавленого феритного металу типу Fe-Ti-Mn-Si-Mo, що забезпечує внаслідок близкості фізико-механічних властивостей основного і наплавленого металів, низький рівень залишкових розтягуючих напружень (40 МПа), що дозволяє запобігти утворенню тріщин у ЗТВ. При використанні нового електродного матеріалу весь вуглець, що переходить у наплавлений метал, у відповідності зі стехіометричним співвідношенням зв'язується в міцні карбонітриди титану, рівномірно розподілені в пластичної феритній матриці високої тріщиностійкості.
Розроблено оригінальну технологію відновлення трамвайних рейок без демонтажу. Наплавлення феритним порошковим дротом ПП-Нп-Т3СГМ забезпечить відсутність дефектів типу відкол на лінії сплавлення з основним металом, а останні валики, наплавлені аустенітним порошковим дротом ПП-Нп-Г13Х13Н2МФ, як доводять дослідження триботехнічних характеристик пари тертя наплавлений метал Г13Х13Н2МФ+сталь М76, дозволять збільшити зносостійкість відновлених рейок.
Розроблені технологія, матеріали й устаткування пройшли дослідно-промислову перевірку в ДКП «Київпастранс». Економічна ефективність наплавлення зношених рейок у порівнянні з їхнім демонтажем і заміною новими складе 34,0 тис.грн на кожні 100 м рейок.

1. Для наплавлення деталей з вуглецевих сталей без підігріву запропонована принципово нова система легування наплавленого металу феритного типу Fe-Ti-Mn-Si-Mo. При використанні нового матеріалу для наплавлення весь вуглець, що переходить у наплавлений метал, у відповідності зі стехіометричним співвідношенням зв'язується в міцні карбонітриди титану, рівномірно розташовані в пластичній феритній матриці. Встановлено, що навіть при вмісті в наплавленому металі до 0,5 % С він кристалізується як феритний і не перетерплює ніяких перетворень у твердому стані та має високу тріщиностійкість.
2. В наслідок досліджень відновлювального наплавлення трамвайних рейок з вуглецевої сталі порошковими дротами аустенітного класу різних систем легування встановлено, що найбільш високі показники міцності і пластичності має наплавлений метал типу Г13Х13Н2МФ.
3.Встановлено, що для запобігання утворення тріщин у ЗТВ наплавлення вуглецевих сталей без підігріву аустенітними матеріалами необхідно вести на погонній енергії 28 кДж/см. Показано, що причинами утворення тріщин цього типу є низький опір ЗТВ уповільненому руйнуванню Руд» 380 МПа в поєднанні з високим рівнем залишкових розтягуючих напружень (до 400 МПа) і утворенням мартенситної структури (HV 450) у ЗТВ. Наплавлення на підвищеній погонній енергії дозволяє уникнути утворення мартенситу в ЗТВ і збільшує її опір уповільненому руйнуванню в 1,5 рази, що є достатньою умовою для запобігання утворення тріщин.
4. В наслідок досліджень встановлено, що при використанні для наплавлення вуглецевих сталей феритного металу типу Fe-Ti-Mn-Si-Mo внаслідок близькості фізико-механічних властивостей основного і наплавленого металів забезпечується низький рівень залишкових розтягуючих напружень (40 МПа), що дозволяє не побоюватися виникнення тріщин навіть при наявності в ЗТВ крихкої мартенситної структури.
5. На підставі досліджень триботехнічних характеристик наплавленого металу феритного та аустенітного класів у парах тертя зі зразками з вуглецевою рейковою сталлю М76 визначена пара тертя яка має найкращу зносостійкість наплавлений метал Г13Х13Н2МФ+сталь М76. З феритних матеріалів кращі триботехнічні властивості мала пара тертя наплавлений метал Т3СГМ+стальМ76.
6. За результатами санітарно-гігієнічної і зварювально-технологічної оцінки розроблених порошкових дротів феритного класу ПП-Нп-Т3СГМ (ПП-АН203) і аустенітного класу ПП-Нп-Г13Х13Н2МФ (ПП-АН202) розроблені Технічні умови України ТУУ 28.7.05416923.066-2002, що дає можливість виробляти їх у промислових масштабах. Наявність двох порошкових дротів різних систем легування значно розширює технологічні можливості наплавлення і номенклатуру деталей з вуглецевих сталей, які відновлюються методами дугового наплавлення без підігріву.
7. Розроблено технологію наплавлення трамвайних жолобчастих рейок без їх демонтажу на діючій трамвайній колії. При цьому нижні валики наплавляють феритним дротом ПП-Нп-Т3СГМ, що забезпечує відсутність тріщин у ЗТВ. Наплавлення верхніх валиків ведуть аустенітним дротом ПП-Нп-Г13Х13Н2МФ, наплавлений метал якого має високу зносостійкість в умовах експлуатації пари рейка-колесо. Застосування порошкових дротів двох марок дозволило використовувати найбільш раціональні режими наплавлення і забезпечити значне збільшення терміну служби відновлених рейок.
9. Для реалізації нової технології розроблено і виготовлено устаткування для наплавлення зношених рейок на діючий трамвайній колії.
10. Технологія, матеріали й устаткування пройшли дослідно-промислову перевірку в службі колії ДКП «Київпастранс» при наплавленні ділянки кривої на діючий трамвайній колії. Дослідно-промислова перевірка підтвердила, що використання розроблених матеріалів і технології наплавлення виключає утворення тріщин і ін. дефектів у наплавленому металі й біляшовній зоні. Економічний ефект від використання нової технології, матеріалів і устаткування складе близько 34,0 тис.грн на кожні 100 м відновлених рейок.