DOI: https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.240418.10.99

Моделювання методом кінцевих елементів зміни температури за перетином обода в процесі термічної обробки залізничних коліс зі сталей різного хімічного складу

O. I. Babachenko, G. A. Kononenko, A. M. Khulin

Анотація


Постановка проблеми. Досягнення високих механічних властивостей обода залізничного колеса з вуглецевої сталі забезпечується за рахунок формування в ній структури високодисперсного перліту і невеликої кількості доевтектоїдного фериту, що виділяється у вигляді сітки по границях колишніх аустенітних зерен. Мікроструктурні дослідження ободів залізничних коліс показують, що існуючі режими термообробки викликають у деяких випадках формування, поряд із феритом і перлітом, структури бейніту в місцях, де може мати місце хімічна мікронеоднорідність та реалізовуватись достатньо висока швидкість охолодження. Вирішенням цієї проблеми може бути застосування систем гнучкого управління режимами термічної обробки, заснованих на моделюванні процесів фазових і структурних перетворень. Методика. Моделювали охолодження обода залізничного колеса за прискореного охолодження за допомогою методу кінцевих елементів із використанням рівняння теплопровідності (рівняння Фур'є) під час термічної обробки залізничних коліс зі сталі з граничними відхиленнями за хімічним складом у межах вимог нормативної документації, які можуть формуватися в металі обода колеса в результаті ліквації хімічних елементів за дендритної кристалізації заготовки. Для залізничних коліс застосовують вуглецеві сталі, які в основному відрізняються тільки вмістом вуглецю, марганцю і кремнію. На практиці діапазон змін цих елементів у колісній сталі різних марок у збіднених і збагачених хімічними елементами лікваційних ділянках, що формуються у процесі кристалізації, може становити: 0,45...0,70 % вуглецю; 0,25...0,50 % кремнію; 0,40...1,0 % марганцю. Результати. Показано, що під час охолодження обода залізничного колеса в його внутрішніх шарах реалізується менша швидкість охолодження, тобто фазові перетворення зі зміною відстані від поверхні відведення тепла за термічної обробки відбуваються в інших умовах. Доведено, що на перших етапах прискореного охолодження необхідно зменшувати інтенсивність витрати води, щоб швидкість охолодження не перевищувала критичну. Наукова новизна. Встановлено закономірності зміни температури за перетином обода залізничних коліс зі сталей різного хімічного складу в процесі прискореного охолодження зміцнювальної термічної обробки. Практична значимість. Наведені моделі дозволять розробити науково обґрунтовані режими термічної обробки залізничних коліс для забезпечення формування рівномірної високодисперсної мікроструктури за перетином обода колеса.


Ключові слова


залізничне колесо; термічна обробка; фазові перетворення; термокінетична діаграма; моделювання методом кінцевих елементів; хімічна неоднорідність сталі; вуглецеві сталі для залізничних коліс

Повний текст:

PDF

Посилання


Бабаченко А. И. Разработка режимов охлаждения железнодорожного колеса на вертикальной закалочной машине с помощью математической модели расчета скоростей охлаждения / А. И. Бабаченко, А. А. Кононенко, М. А. Дедик // Сучасні проблеми металургії. − 2017. − № 20. − С. 14−21. – Режим доступу : http://spm.nmetau.edu.ua/uk/journal

Бабаченко О. І. Визначення оптимальної швидкості охолодження при термічній обробці залізничних рейок /

О. І. Бабаченко, О. В. Узлов, О. В. Пучіков, А. М. Хулін, Г. А. Кононенко // Проблеми і перспективи розвитку залізничного транспорту: наук. пр. 77-ї Міжнар. наук.-практ. конф. − 2017. − С. 302−304. − Режим доступу: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:oqwR7zqQ8E4J:ndch.diit.edu.ua/upload/%25D0%25BF%25D1%2580%25D0%25BE%25D0%25B3%25D1%2580%25D0%25B0%25D0%25BC%25D0%25BC%25D0%25B0%252077%2520%25D0%25BA%25D0%25BE%25D0%25BD%25D1%2584.%2B.pdf+&cd=3&hl=ru&ct=clnk&gl=ua&client=firefox-b-ab

Бабаченко О. І. Розробка математичної моделі розрахунку температурного поля по перетину залізничної рейки при термічній обробці / О. І. Бабаченко, Г. А. Кононенко, Н. Ю. Філоненко, А. М. Хулін // Будівництво. Матеріалознавство. Машинобудування. − Вип. 104. − Дніпро: ДВНЗ ПДАБА, 2018. − С. 31−35.

Лахтин Ю. М. Материаловедение и термическая обработка металлов : монография / Ю. М. Лахтин. – Москва : Металлургия, 1983. – 359 с.

Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора титана : справочник термиста / [Л. Е. Попова,

А. А. Попов]. – Москва : Металлургия, 1991. – 503 с.

Энтин Р. И. Превращения аустенита в стали : монография / Р. И. Энтин – Москва : Гос. науч.-техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1960. – 252 с.


Пристатейна бібліографія ГОСТ