Исследование после испытаний опытных образцов, моделирующих рельс, показывает, что область верхнего радиуса, где проскальзывание наибольшее, подвержена интенсивному абразивному износу. Наряду с этой нагрузкой основной материал испытывает значительное воздействие касательных и нормальных сил. Осевые нагрузки, соответствующие силам набегания гребня в реальной эксплуатации, возникают в результате периодического смещения верхнего образца в этом направлении. Совместное действие всех нагрузок приводит к образованию трещин и выкрашиванию материала. Образование грата на опытных образцах показывает, что локальные значения давления на контактирующие поверхности находятся за пределом текучести материала.
В области нижнего радиуса и в зоне, соответствующей поверхности катания рельса, наблюдается выглаживание материала под действием мягкого износа. Этот процесс зависит от соотношения твердости материалов в паре трения.
Исследования рельсовых сталей, проведенные на этом этапе проекта, показали, что для снижения износа не следует стремиться к совершенствованию каждого элемента трибологической системы в отдельности. Необходимо оптимизировать систему в целом, т. е. рассматривать совокупность и взаимодействие ее элементов (рис. 4). В качестве примера можно привести результаты испытаний рельсовой стали 1200 НН, использование которой приводит к усиленному износу образца, моделирующего бандаж колеса. Несмотря на интенсивное смазывание, степень износа здесь в 1000 раз выше, чем в паре трения сталей, имеющих одинаковую твердость. В процессе изготовления рельсов из стали 1200 НН после прохождения их через отрубной штамп по концам возникают пики местных напряжений, которые не устраняются на оставшихся этапах заводской обработки. В результате в этих местах за короткое время могут появиться трещины и другие повреждения. Следует также отметить, что при использовании рельсов из этой стали в контакте значительно увеличивается трение вследствие образования слоистой структуры, причины которого пока не изучены.
Рис. 4. Потеря массы образцов (Dm) при износе после 1 млн. оборотов |
Самая мягкая рельсовая сталь 700 А изнашивается в 10 – 25 раз (по потере массы) быстрее, чем термообработанная 700 НН. У материала 900 А наблюдается некоторый разброс показателей. Несмотря на отсутствие значительных выкрашиваний, потеря массы образца из этой стали достаточно высока. Оптимальным представляется сочетание рельсовой стали 700 НН со стандартной колесной, имеющей предел прочности на растяжение 850 Н/мм2. В этом случае износ колес и рельсов не будет чрезмерным. Следует принимать во внимание тот факт, что износ рельсов резко повышается после появления трещин и выкрашиваний, т. е. он не распределяется во времени линейно.
Испытания показали, что все материалы в большей или меньшей степени склонны к образованию трещин и выкрашиванию. Последствия выкрашивания не при всех комбинациях материалов одинаковы: при использовании рельсов из стали 700 А повреждения распространяются достаточно быстро, между тем как мелкие выкрашивания на поверхности катания термообработанных рельсов из стали 700 НН не вызывали негативных последствий на всем протяжении испытаний. Различия в скорости роста трещин имеют большое значение в эксплуатации, так как ремонт и замену рельсов выполняют не сразу после появления первых повреждений.
Во второй серии испытаний наряду со смазкой, использовавшейся в первой, были исследованы другие смазочные материалы, отличающиеся по своей консистенции и составу.
Результаты исследования 15 смазочных материалов шести изготовителей классифицированы по следующим критериям: характеристикам износа, состоянию поверхности образцов и технологичности практического использования. Для окончательной оценки необходимо было учитывать все названные критерии. Особое внимание обращали на точность определения степени износа по результатам взвешивания образцов после 1 млн. оборотов. Это объясняется тем, что в ходе испытаний на образце могут образоваться многочисленные трещины без выкрашивания материала. Взвешивание покажет при этом незначительный износ, хотя образец значительно поврежден.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.