Влияние лазерной обработки на структуру колесной стали

Abstract

RU: Постановка проблемы. Проблема повышения надежности и долговечности железнодорожных колес связана как с разработкой колес новых конструкций и сталей, так и с возможностью применения новых методов упрочнения поверхности катания. Целью работы явилось исследование влияния лазерного воздействия на структуру колесной стали для возможного локального упрочнения зоны выкружки железнодорожных колес. Методика. Материалами для исследований служила промышленная колесная сталь после горячей деформации и термической обработки. Лазерное облучение образцов колесной стали в режиме импульсного излучения проводили на установке ГОС-30, в режиме непрерывного излучения − на установке ЛГ-701 «Кардамон». Применяли методы исследования – оптическая микроскопия, рентгеноструктурный анализ, измерение твердости. Результаты. Установлено, что при лазерном воздействии можно получать различные структуры колесной стали. При режимах импульсного воздействия получаются лазерно закаленные структуры типа «белых слоев», которые проявляют пластичность при нагружении. При режимах непрерывного лазерного излучения получаются структуры бейнита, верхнего или нижнего, что позволит не только повысить износостойкость поверхности катания железнодорожных колес, но и снизить риск подреза гребней в процессе эксплуатации. Режимы термической и лазерной обработки определяют эффект лазерного упрочнения колесной стали. Научная новизна. Установлены особенности структуры колесной стали после разных видов и режимов лазерного воздействия. Определены режимы импульсного и непрерывного воздействия, позволяющие получать необходимый уровень лазерного упрочнения. Практическая значимость. Использование полученных результатов позволит разработать методы и режимы лазерной обработки, позволяющие упрочнять зону выкружки поверхности катания железнодорожных колес и устранить риск подреза гребней в процессе эксплуатации.

UK: Постановка проблеми. Проблема підвищення надійності та довговічності залізничних коліс пов'язана як із розробленням нових конструкцій і сталей, так і з можливістю застосування нових методів зміцнення поверхні ковзання. Метою роботи було дослідження впливу лазерної дії на структуру колісної сталі для можливого локального зміцнення зони викружки залізничних коліс. Методика. Матеріалами для досліджень служила промислова колісна сталь після гарячої деформації та термічної обробки. Лазерну обробку зразків колісної сталі в режимі імпульсного випромінення проводили на установці ДОС-30М, в режимі безперервного опромінення − на установці ЛГ-701 «Кардамон». Застосовували методи дослідження − оптична мікроскопія, рентгеноструктурний аналіз, вимірювання твердості. Результати. Встановлено, що за лазерного впливу можна отримати різні структури колісної сталі. При режимах імпульсної дії утворюються лазерно загартовані структури типу «білих шарів», які проявляють пластичність під час навантаження. При режимах безперервної лазерної дії формуються структури верхнього або нижнього бейніту, що дозволяє не тільки підвищити зносостійкість поверхні ковзання залізничних коліс, а й знизити ризики підрізу гребенів під час експлуатації. Режими термічної та лазерної обробки визначають ефект лазерного зміцнення колісної сталі. Наукова новизна. Встановлено особливості структури колісної сталі після різних видів та режимів лазерної дії. Визначено режими імпульсної та безперервної дії, які дозволяють отримати необхідний рівень лазерного зміцнення. Практична значимість. Використання отриманих результатів дозволить розробити методи і режими лазерної обробки, що дозволяють зміцнити зону викружки поверхні ковзання залізничних коліс та зняти ризики підрізу гребенів під час експлуатації.

EN: Formulation of the problem. The problem of rise of reliability and service life of railway wheels connects not only with elaborate of new constructions of wheels and new steels but also with possibility to use the new methods of strengthening of tread. The goal of work was investigation of influence of laser action on the structure of wheel steel for the possible local strengthening of the zone of cove of railway wheels. Methods. Materials for the study was manufactured wheel steel after hot deformation and heat treatment. Laser pulse radiation processing of wheel steel specimens carried out on installations SES-30M, laser continuous radiation processing of wheel steel specimens carried out on installations LG “Kardamon”. We used research methods - optical microscopy, X-ray, measurement of hardness. Results. It was found that under laser action it is possible to form different structures of wheel steel. Under pulse radiation the laser quenched structures with the type of “white layers” are formed which can to be plasticity under loading. Under continuous radiation the structures of upper and lower bainite are formed which allow not only to rise wear resistance of railway wheels tread but also to reduction of risk of undercut of crests in the time of service. The regimes of heat treatment and laser treatment determine effect of laser strengthening of wheel steel. Scientific novelty. The peculiarities of the structure of wheel steel after different types and regimes of laser treatment was founded. The regimes of laser pulse radiation and laser continuous radiation permiting to receive necessary level of laser strengthening were determined. Practical significance. Using the results obtained enable to develop methods and regimes of laser treatment allowing to strength the zone of cove of railway wheels tread and to reduction of risk of undercut of crests in the time of service.