85432

Роль структури у формуванні пошкоджень кузовів вагонів при експлуатації

Дипломная

Логистика и транспорт

На сьогодні залізничний транспорт є найважливішою та однією з ключових галузей економіки України. З кожним роком за рахунок старіння парку пасажирського рухомого складу витрати на його утримання і ремонт підвищуються, що приводить до зниження його ефективності на ринку компаній перевізників.

Украинкский

2015-03-25

7.84 MB

2 чел.

                                         ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………………………….. 5

  1.  КРИТИЧНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ СТРУКТУРИ НА УТВОРЕННЯ ПОШКОДЖЕНЬ КУЗОВІВ ВАГОНА………………………………… 7

1.1. Особливості технології виготовлення кузова вагона……………... 7

1.1.1. Конструкція суцільнозварних кузовів…………………………… 8

1.1.2. Вихідні заготовки, які використовуються у виготовленні кузовів.12

1.1.3. Термічна обробка і структура сталі які застосовують для виготовлення кузовів вагона………………………………………………… 18

1.2. Експлуатація кузовів вагонів і утворення пошкоджень в них….. 18

      1.3. Технологічні процеси ремонту кузовів вагонів, що  пройшли       експлуатацію…………………………………………………………………..  19

1.4.  Вплив структури сталі, на формування пошкоджуваності вагона при експлуатації…………………………………………………………………… 24

2. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ……………………………………... 27

2.1. Металографічні дослідження……………………………………..  27

2.2. Вимірювань твердості за Брінелем та Роквелом………………..  27

2.3. Вимірювання пошкоджуваності зразків…………………………. 31

3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ……….  34

       3.1 Фрагменти кузовів вагонів на яких проводились експериментальні дослідження…………………………………………………………………… 34

       3.2.  Аналіз мікроструктури зразків кузовів вагонів………………... 37

3.3. Дослідження пошкоджуваності кузовів вагонів методом   

LM – твердості………………………………………………………………...  48

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ………………………………………….……..  56

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ………………………….. 57

ДОДАТКИ………………………………………………………………..  61

                                          

                                             ВСТУП

На сьогодні залізничний транспорт є найважливішою та однією з ключових галузей економіки України. З кожним роком за рахунок старіння парку пасажирського рухомого складу витрати на його утримання і ремонт підвищуються, що приводить до зниження його ефективності на ринку компаній перевізників.

Однією з найважливіших проблем є утримання в належному стані лакофарбового покриття кузовів пасажирських вагонів в інтервалі між капітальними ремонтами та підвищення їх корозійної стійкості.

Так як кузов пасажирського вагона в процесі експлуатації піддається впливу руйнуючих зовнішніх факторів (перепади температур, вологе активне середовище, абразивний вплив, обробка хімічними речовинами при обмивці та інше) його лакофарбове покриття за короткий проміжок часу відлущується, а особливо в зимовий та весняний періоди, що приводить до корозійного впливу,  який досягає до 50% поверхні кузова, та позначається на міцності конструкції, і її надійності. Це  також тягне за собою додаткові витрати на неповне фарбування при деповському ремонті. 

В той же час, одним із найбільш важливих факторів, який впливає на корозійні ушкодження є структура матеріалу кузовів вагонів.

Слід відмітити, що вплив параметрів мікроструктури  на формування корозійних ушкоджень кузовів вагона особливо після відновлюючих ремонтів  є  до кінця невивченим.

В зв’язку з цим, метою роботи було визначити вплив технологічних пошкоджень, які виникають при відновлюючих ремонтах, на формування корозійних ушкоджень при експлуатації [15].

АНОТАЦІЯ

           Бакалаврська  кваліфікаційна робота на тему: «Роль структури у формуванні пошкоджень кузовів вагонів при експлуатації»  складається із записки, що включає  в  себе 53с., рис. 23.,  табл.27.,  джерел 18.

            Робота присвячена  впливу структури на формування пошкоджень кузовів вагонів під час експлуатації  з метою підвищення їх корозійної стійкості. Показано, що технологічні операції, які реалізуються під час капітального ремонту суттєво впливають на структуру  і  довговічність вагонів.

          Об’єктами досліджень були фрагменти кузовів вагонів після відновлюючих ремонтів і експлуатації. З використанням металографічних досліджень, а також аналізу пошкодженості  методом  LM – твердості виявлено, що корозійні ураження при експлуатації розвивається  в зонах фрагментів  кузовів вагонів, в яких є мінімальне значення коефіцієнта гомогенності Вейбула (m), незалежно від проходження пошкоджень  при  зварюванні чи  за  умов пластичної деформації. Пошкодженність, яка формується в заготовках вздовж напрямку  прокату  є  менша  ніж  поперек. В зв’язку  з  цим  при зварюванні  необхідно  орієнтувати  фрагменти  так,  щоб вони розміщувались по відношенню до зони зварювання вздовж напряму прокату.

          На основі проведених досліджень розроблено рекомендації  по  оптимізації  технологічних режимів ремонту для підвищення  довговічності  кузовів  пасажирських вагонів.

          Ключові слова: пасажирський вагон,  кузов,  пошкодженність, твердість, коефіцієнт гомогенності Вейбула (m).

  1.  КРИТИЧНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ СТРУКТУРИ НА УТВОРЕННЯ ПОШКОДЖЕНЬ КУЗОВІВ ВАГОНА.
  2.   Особливості технології виготовлення кузова вагона.

   Виготовлення вагона починається із розкрайки листа металу, який скручують і зварюють. Діаметр заготовок складає від 2200мм до 3200мм. На кожному етапі проводять контроль, щоб метал витримував навантаження у 70 т. Після того, коли спеціальні листи металу зварені в єдину конструкцію кожен, піддають ретельній перевірці:  ультразвуковому дослідженні, а після цього гідравлічним випробуванням, лиш тоді коли перевірку завершено кузов встановлюється на залізничну платформу [6].

    Українські виробники вагонів, крім виконання замовлень від «Укрзалізниці», активно співпрацюють з різними великими транспортними компаніями [5].

   Дана галузь в Україні орієнтована на експорт. Обсяги експорту традиційно перевищують обсяги імпорту. За експертними оцінками, українські виробники поставили до зарубіжних країн різних вагонів і локомотивів на суму 1,42 $. Експортні поставки з України до інших країн в майбутньому цілком можуть збільшуватися [8].

  1.  Конструкція суцільнозварних кузовів.

Кузова основних типів сучасних вагонів пасажирського парку виконуються зі зварної конструкції, в основному з низьколегованих сталей, а окремих типів вагонів, призначених для перевезення харчових продуктів, кислот, газів і інших подібних вантажів - нержавіючих сталей, алюмінієвих сплавів і полімерних матеріалів [12].

Вибір матеріалу для різних елементів кузова вагона залежить від режиму, умов роботи та вимог щодо забезпечення надійності, економічності конструкції і технологічності виготовлення і ремонту [9].

З точки зору режимів роботи всі несучі елементи поділяють на три групи:

  1.   Несучі товстостінні елементи, такі як балки рами і деталі каркаса стін, граничний стан яких оцінюється міцністю. Тому метал для них повинен володіти підвищеними механічними характеристиками. Разом з тим у зв'язку із товщиною цих елементів пред'являються до них менш жорсткі вимоги по корозійної стійкості металу.
  2.   Тонкостінні елементи – дуги даху, деякі стійки, поперечні балки та інші несучі тонкостінні елементи кузова, їх граничним станом яких також є міцність. До металу цих елементів пред'являються вагони підвищеної міцності і антикорозійність.
  3.  Тонкостінні елементи, включаючи обшивку кузова, і деякі інші підкріплюють.

У зв'язку з малою товщиною цих елементів на їх несучу здатність істотний вплив мають корозійні пошкодженнях.

Тому до металу III групи пред'являються підвищені вимоги по антикорозійним властивостям і менш жорсткі за міцністю [7].

Для кузовів вантажних вагонів в основному застосовуються низьколеговані сталі марок 09Г2Д, 09Г2СД і 10ХНДП замість раніше застосовуваної вуглецевої сталі Ст3. Сталі 09Г2Д і 09Г2СД використовуються для виготовлення рам і підкріплюючих елементів стін і даху, а сталь 10ХНДП - для обшивки кузова. Пояснюється це тим, що сталі 09Г2Д і 09Г2СД значно дешевше стали 10ХНДП, тому вони використовуються  в  більш  ємних елементах кузова. У зв'язку з тим що сталь 10ХНДП володіє приблизно в два рази більшою корозійною стійкістю, вона значно ефективніше використовується в обшивці кузовів. Однак у зв'язку із збільшеними вимогами до надійності вагонів для елементів I групи нормами рекомендована нова сталь марки 10Г2БД, легована ніобієм. Ця сталь на 20% міцніше 09Г2СД  і дозволяє при цих же показниках знизити масу кузова на 2% [18].

Схема  виготовлення кузова вагона з двох  сталей показана на рис 1.1.

Рис. 1.1 - Модель 61-806 пасажирських вагонів з кузовом із низьколегованої і легованої ( нержавіючих ) сталей.

 Для підвищення  продуктивності  роботи і  якості  виготовлення  кузова  у вагонобудуванні  вирішується  задача створення  такої  конструкції  кузова,  яка  б  забезпечила  блоковий  монтаж   і  демонтаж  внутрішнього   обладнення ( вентиляції,  опалення,  електрообладнання  і  так дальше).         В  існуючих   конструкціях  ці деталі   збірних   одиниці   подаються  через  двері  і люки  в  даху,  і  через  це  збірка  проводиться  в  тісних  приміщеннях  вагонів. Одним  із  варіантів  нової  конструкції являється  кузов  із  знімальним  дахом, закріплений  стінами   за  допомоги  рельєфно-болтового  з’єднання,  забезпечуючи  жорсткість,  герметичності   і  технологічність  збірних  і  демонтажних  робіт  як  і  при  виготовленні,  так  і  при  ремонті [5].

1.1.2. Вихідні заготовки, які використовуються у виготовленні кузовів вагонів.

У вагонобудуванні, для виготовлення кузова вагона використовують вуглецеві сталі звичайної якості. Для заготовки кузова вагона використовують листовий прокат, з виробництва холоднокатаного листа  низьковуглецевої сталі. Але для будування вагона в основному ці сталі використовують в гарячекатаному стані без додаткової термічної обробки, з феритно-перлітною структурою [13].  

Сировиною для листа холоднокатаного служить низьковуглецева сталь, виробництво прокату здійснюється згідно ГОСТ 16523-89 (листи загального призначення) і ГОСТ 9045-93 ( маловуглецевої листи для штампування). В якості сировини для продукції, призначеної для подальшої штампування, використовується сталь марок 08Ю, 08КП, 08ПС [19].

Готовий прокат холоднокатаний може поставлятися не тільки в листах, але і в рулонах, за умови, що його товщина складає не більше 3 мм. Стандартна довжина кожного аркуша не більше 2,5 метрів, ширина - до 1,25 метрів [14].

1.1.3. Термічна обробка і структура сталей, які використовують для виготовлення кузовів вагона.

Для виготовлення вагонів здебільшого  використовують  вуглецеві  сталі, які є основною продукцією чорної металургії. Вуглецева сталь промислового виробництва - це складний сплав заліза з вмістом вуглецю менше 2,14%, в якому крім вуглецю, що вводиться спеціально, є декілька інших елементів - постійних домішок. Вони потрапляють у сталь внаслідок особливостей технологічних процесів одержання сталі. Такими постійними домішками в сталях є марганець, кремній, фосфор, сірка, а також азот, кисень та водень [11]. 

Вуглець (C) - активний зміцнювач сталі, який підвищує її межу міцності, границю текучості та інші показники міцності, але знижує її пластичність і ударну в'язкість, при цьому міцність залізовуглецевих сплавів збільшується з зростанням вуглецю до 1%, а потім починає зменшуватись, твердість же зростає безперервно (рис. 1.2). Вуглець  активно зв'язує в карбіди багато легуючих елементів. Він істотно знижує технологічність сталі при зварюванні. При вмісті вуглецю більш 0,25-0,3%, зварюваність сталі різко погіршується, оскільки в зоні термічного впливу утворюються структури загартування, що приводять до утворення тріщин. Крім того, підвищений вміст вуглецю може викликати при зварюванні пористість металу шва та утворення гарячих тріщин [11].

Рис. 1.2 - Залежність властивостей залізовуглецевих сплавів від вмісту вуглецю.

Кремній (Si) - досить активний розкислювач сталі при виплавці. У кількостях, що містяться в вуглецевих сталях (0,35-0,37%) кремній не викликає труднощів при зварюванні, однак при його вмісті більш 0,8% зварюваність сталі погіршується через високу рідкотекучість металу і утворення тугоплавких окислів кремнію, що забруднюють зварний шов неметалічними включеннями [17].

Марганець (Мп) - сприяє істотному підвищенню меж міцності і текучості сталі. Марганець - активний розкислювач і дисульфуратор сталі. Останнє проявляється в очищенні сталі і металу шва при зварюванні від шкідливої домішки - сірки шляхом утворення нерозчинних з'єднань сірчистого марганцю, що легко видаляються з металу. При звичайному його вмісті в вуглецевих сталях (0,3-0,8%) марганець сприятливо впливає на технологічність сталі і, крім того, зменшує розбризкування металу при зварюванні. Однак при більш високому вмісті, наприклад 1,8-2,5%, він істотно підвищує прогартовуваність сталі, в результаті чого з'являється небезпека появи тріщин в навколошовній зоні [17].

Сірка (S) є шкідливою домішкою в сталі, куди вона потрапляє з руди або палива. Із залізом сірка утворює хімічну сполуку - сульфід заліза FeS, який практично не розчиняється в залізі у твердому стані. Сульфід заліза утворює евтектику Fe-FeS з температурою плавлення 988°С, тобто дуже низькою для залізовуглецевих сплавів. Ця евтектика присутня в структурі сталі навіть при надзвичайно малому вмісті сірки і розміщується по границям зерен. Під час гарячого пластичного деформування з температурою процесу 1000°С евтектика розплавляється, через що в місцях її розташування виникають надриви або тріщини. Це явище називається явищем червоноламкості. Крім того, сірчані сполуки значно знижують механічні властивості сталі, особливо ударну в'язкість, пластичність, а також погіршують зварюваність і корозійну стійкість. Тому кількість сірки в сталі обмежують [16].

Найбільшу кількість, сірки до 0,05% мають сталі звичайної якості, в якісних сталях вона становить до 0,04%, у високоякісних - до 0,025%, а в особливо високоякісних - до 0,015%.

Фосфор (Р) - шкідлива домішка. Він розчиняється в фериті й аустеніті і значно спотворює кристалічну гратку заліза, що приводить до значного зниження в'язкості, - сталь стає холодноламкою. Негативний вплив фосфору посилюється внаслідок схильності до ліквації.

Найбільша його кількість допускається в сталях звичайної якості -0,04%,   в якісних сталях - 0,035 %, а в високоякісних - 0,025 %.

Газові домішки азоту, кисню й водню іноді називають прихованими через невелику їх наявність в сталі: 0,002-0,008% кисню, 0,002 - 0,007% азоту, 0,0001 - 0,0007% водню.

Вони можуть знаходитися в сталі у вигляді:

·   крихких неметалевих включень (оксиди FeО, Fe2О3, нітриди FeN);

·   твердого розчину;

·  у  вигляді прошарків в дефектних ділянках металу (тріщинах, раковинах та ін.).

Ці домішки розміщуються, головним чином, по границям зерен, що знижує опір крихкому руйнуванню. Крім того, неметалеві включення - це концентратори напружень. Розчинність газів в d-твердому розчині зменшується з зниженням температури, що сприяє утворенню пересиченого твердого розчину. Пластична деформація та наступний невисокий нагрів такого розчину викликають сильне підвищення крихкості (деформаційне старіння), зменшення запасу в’язкості та підвищення порогу холодноламкості. Наявність водню призводить до виникнення флокенів — невеликих тріщин овальної форми, які значно погіршують всі властивості сталі. Сучасним ефективним засобом зменшення кількості цих домішок в сталі є вакуумування [3].

Сталі вуглецеві звичайної якості (ДСТУ 2651:2005) - найбільш дешеві i тому їх використовують у вагонобудуванні у вигляді зварних, клепаних чи болтових конструкцій (балки, швелери, листи) Вони випускаються наступних марок: Ст0, Ст1кп, Ст2кп, і так дальше .

Приклади марок низьколегованої сталі: 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 17Г1С, 16Г2АФ і т.д. Марки низьколегованої сталі 10ХНДП, 15ХНДП, 10ХСНД, 15ХСНД є атмосфернно корозійностійкими (АКС), товщина металоконструкцій з АКС за 20-30 років роботи зменшується у 2-3 рази повільніше, ніж товщина конструкцій зі звичайної вуглецевої сталі [16].

Хімічний склад сталі 10ХСНД, представлено в табл.1.1.

Призначення: елементи зварних металоконструкцій різні деталі до яких пред'являються вимоги підвищеної міцності і корозійної стійкості з обмеженням маси і працюють при температурі від -70 до 450 ° С.

Табл. 1.1 - Хімічний склад 10ХСНД

Хім. ел.

Si

Cu

As

Mn

Ni

P

Cr

N

S

Вміст %

0.8-1.1

0.4-0.6

Не більше 0.08

0.5-0.8

0.5-0.8

0.5-0.8

0.6-0.9

не більше 0.008

не більше 0.040

Табл. 1.2 - Технологічні Властивості 10ХСНД

Температура кування

Почала 1200, кінця 850

Зварюваність

Зварюється без обмежень. Способи зварювання: РДС, АКС під флюсом і газовим  захистом, ЕШС

Оброблюваність різанням

У нормалізованому і відпущеному стані

s B = 560 МПа Ku тв. спл. = 1,4, Kuб. ст. = 1,12.

Схильність до відпускної

Малосхильна

Флокеночутливість

 не чутлива.

, 09Г2Т, 

Табл. 1.3.- Хімічний склад сталі 09Г2С, %

Хім. ел.

Si

Cu

As

Mn

Ni

Р

Cr

Вміст %

Не більше

0.5-0.8

Не більше

0.30

Не більше

0.08

1.3-1.7

Не більше

0.30

Не більше

0.035

Не більше

0.30

  1.  Експлуатація кузовів вагонів і утворення пошкоджень в них.

Аналіз причин пошкодження вагонів при існуючій системі контролю   проводити важко. Практично неможливо забезпечити контроль на всіх пунктах  завантаження-розвантаження вагонів [1].

Оцінка працездатність вантажного вагонного парку за тривалий період показує наступне:  основні втрати навантажувальних ресурсів на транспорті через технічну несправність вагонів обумовлені наявністю в парку великої кількості обмежена придатних, несправних вагонів. Переважна частина цих вагонів має пошкодження, що виникли при вантажно-розвантажувальних і маневрових роботах [1]. 

Другою основною причиною порушення працездатності вагонного вантажного парку є вилучення їх з експлуатації для поточного позапланового ремонту. Також зменшується часовий інтервал між відправками в капітальний ремонт вагонів. Кількість відчеплень вагонів під позаплановий ремонт збільшується [15 ].

Більше половини їх відбувається через несправності кузова, які також є наслідком ушкоджень. Для підвищення працездатності вагонного парку, поряд з традиційними роботами по підвищенню надійності, якості ремонту і технічного обслуговування вагонів головним завданням є проведення комплексу заходів для забезпечення їх збереження, в тому числі і при маневрових роботах [10].

  1.  Технологічні процеси ремонту кузовів вагонів, що  пройшли       експлуатацію.

Розрізняють такі види ремонту кузовів вагонів:

1. Деповський ремонт вагонів, здійснюваний безпосередньо в депо і представляє собою планову операцію з підтримання технічного стану транспортного засобу. Деповський ремонт пасажирських вагонів здійснюється з урахуванням їх пробігу, ремонт вантажних і інших вагонів спеціального призначення проводиться регулярно - раз на рік або раз на кілька років, в залежності від специфіки, тривалості та умов експлуатації

2. Перший капітальний ремонт вагонів (КР 1). Для того, щоб його здійснити, необхідні спеціальні умови і, як правило, КР 1 здійснюється на заводах або спеціально обладнаних ремонтних базах. Його метою є повний ремонт всіх приладів і пристроїв, ходових частин і тягових двигунів, а також лагодження або заміна внутрішньо вагонного обладнання, відновлення і фарбування пошкодженої обшивки. За час першого капітального ремонту всі деталі досліджуються на їх відповідність експлуатаційним стандартам. Ті пристрої та окремі елементи, які прийшли в непридатність, або ремонтуються, або замінюються на нові [9].  

3. Другий капітальний ремонт вагонів припускає збільшений обсяг робіт і більш тривалий термін, протягом якого проводиться часткове розбирання вагона, зняття підлогового і стельового покриття, заміна електропроводки та поліпшення теплоізоляції, прочищення вентиляційних проходів та інші операції, спрямовані на поліпшення загального технічного стану вагона. Ця робота більш відповідальна і копітка, ніж КР 1, необхідно підвищену увагу до деталей, частина з яких ремонтується, а інша частина підлягає заміні.

4. Капітально-відновлювальний ремонт, який має на увазі під собою повну заміну всіх застарілих пристроїв і зношених складових, загальне зміцнення конструкції, обшивки вагона та її фарбування, заміну елементів систем водопостачання, кондиціонування і комунікації. Також виробляються косметичні поліпшення в інтер'єрі [9]. 

Результат - продовження служби вагона на 15 років з регулярним плановим ремонтом і моніторингом стану замінюються на нові.

Поточний ремонт вагонів відіграє важливу роль у забезпеченні справного технічного стану вагонного парку. Поряд з технічним оглядом він складає основу поточного утримання вантажних і пасажирських вагонів [2].

Розрізняють два види поточного ремонту: безвідчіпний і з відчепленням.

 Безвідчіпний ремонт, як правило, здійснюється безпосередньо в поїздах або в процесі підготовки вантажних вагонів під навантаження, а пасажирських - до рейсу. Він виконується слідом за оглядом вагонів і полягає в усуненні виявлених несправностей. Характер безвідчіпного ремонту дещо змінюється в залежності від того, на яких типах пунктів технічного огляду і яких етапах роботи він проводиться [6].

Головним видом безвідчіпного ремонту є підготовка вантажних вагонів під навантаження, що виконується па основних пунктах технічного огляду станцій масової вантаження і вивантаження, а також підготовка пасажирських вагонів до рейсу, організована на пунктах технічного огляду станцій формування та обороту пасажирських поїздів [7]. 

При цьому усуваються всі несправності для забезпечення схоронності вантажу і проходження вагонів з пасажирами до місця призначення без відчеплення [8].

Безвідчіпний ремонт вантажних вагонів організується, крім того, в парках формування і відправлення сортувальних станцій, а також у пунктах контрольно-технічного огляду дільничних і проміжних станцій [15]. 

Пасажирські вагони, в свою чергу, ремонтуються на пунктах технічного огляду станцій під час стоянки поїзда. Різновидом безвідчіпний ремонт є укрупнений поточний ремонт, призначений для виконання трудомістких робіт без відчеплення вагонів від поїзда. Завдяки цьому максимально скорочується надходження вагонів для поточного ремонту в депо і знижується залишок несправних вагонів. Як правило, укрупнений поточний ремонт виконується за час стоянки поїзда, передбачений графіком руху [14].      

Кузова та борти вагони ремонтують за такою технологією:

- очищають борт від корозії;

- встановлюють його на стенд для ремонту бортів і закріплюють;

- виробляють правку борта на стенді з попереднім підігрівом його вигнутих вузлів або з їх вирізкою;

- направляють і обробляють розроблені отвори під валики, змінюють зношені втулки, ремонтують кронштейни і петлі, при необхідності зрізають кронштейни борта і приварюють нові;

- приварюють латки на прорвані місця;

- заварюють шви, що розійшлися;

- приварюють підсилюють пластини;

- передають поздовжній борт на ділянку складання вагонів-самоскидів [13].

Листи бортів, що мають пробоїни та пошкодження корозією більш ніж на 30%, замінюють новими. Коробки жорсткості бортів ремонтують вирізкою деформованих місць з подальшою постановкою накладок. При значному пошкодженні коробки замінюють. Замінюють також зруйновану обв'язку бортів. Після ремонту в поздовжньому борту допускається: загальний прогин борта при капітальному ремонті до 40 мм, при поточному - до 50 мм, при профілактичному - до 100 мм [ 16].

Ремонт пасажирського вагона,  тріщин у різних стінках конструкції, способи ремонту і усунення їх  проводять  за  певною технологією.

Тріщини (поперечні, косі, поздовжні) і потертості в стінках консольної частини хребтової балки після заварки з попередньою обробленням тріщин підсилюють накладками товщиною 8 - 10 мм, які потім приклепують. При заварці наскрізних поперечних зламів ставлять підсилюючі накладки (коритоподібного і плоскі), що перекривають стик не менше ніж на 20 мм з кожного боку. Поперечну тріщину в горизонтальній полиці балки заварюють з посиленням кутовий накладкою,  що перекриває тріщину на   200мм з кожної сторони. Поперечну тріщину, що переходила з горизонтальної стінки на вертикальну, заварюють і підсилюють двома кутовими  або однієї  ночвоподібною накладкою. Поздовжні тріщини в стінках заварюють з посиленням плоскою накладкою, що перекриває тріщину на 100 мм з кожної сторони. Перед заваркою тріщини обробляють під кутом 55 - 60 ° C, по кінцях просвердлюють отвори діаметром 8 - 10 мм. Місце зварювання зачищають до металевого блиску, потім тріщину заварюють. При заварці тріщин в нижньому положенні, що виходять на кромку балки, зварювання ведуть від кінця тріщини до крайки, а при заварці тріщин у вертикальній площині - знизу вгору [12].

Посилюючу накладку виготовляють зі сталі тієї ж марки, що і основний метал. У накладках просвердлюють отвори для електрозаклепок. Накладку підганяють по місцю і прихоплюють зварювальними швами довжиною 25 - 40 мм з інтервалами 180 - 200 мм. Тріщини в середній частині хребтової балки також закладають і заварюють. Для цього використовують накладку товщиною, на 10%  перевищує товщину основного металу, яку приварюють або приклепують до балки. При руйнуванні шва на нижніх і верхніх листах хребтової балки виробляють приварку листів з попередніми видаленням старого шва [17].

1.4. Вплив структури сталі, на формування пошкоджуваності вагона при експлуатації.

Рис. 1.3.– Пошкоджуваність нижньої частини дверей.

          Вплив структури сталі при експлуатації вагона є  різний. Через те, що під час руху,  на вагон діють різні фактори, які впливають на структуру сталі, та її експлуатаційні властивості [18].

Пошкоджуваність структури сталі вагона може виникнути через неправильно виконаний плановий ремонт, нетехнологічне використання вагона, зовнішніх факторів і тому подібне (рис. 1.3). Пошкодження  структури сталі вагона виникає переважно  при проходженні позапланової відстані, безпосередньо підчас руху.  Коли  починається рух основного складу потяга усі вагони починають тягти один одного, що призводить до так званого розтягу, під час якого структура сталі вагона працює на розтягування, що сприяє деформації структури. Це і є одною із основних причин формування пошкоджень вагона при експлуатації [18].

Для прикладу  візьмемо вуглецеву  сталь звичайної якості.  Її  здебільшого  використовують для виготовлення кузова пасажирського вагона. Пошкоджуваність  вагона при експлуатації, і утворення тріщин в структурі переважно відбувається при поворотах рухомого складу потяга, що в прямому сенсі впливає на утворення тріщин в металі вагону, чим і пошкоджує структури. Також на структуру впливає  зовнішнє середовище. Наприклад випадки електрохімічної корозії, що впливають на  пошкоджуваність  структуру сталі пасажирського кузова вагону [3].

У самі структурі сталі, напруження кристалічної гратки, може призвести до руйнування, чи розриву структури, від впливу зовнішніх факторів таких як:   різке гальмування, повороти, нерівності колії, та інше [4].

Також великий вплив на структуру сталі, у формуванні пошкодження вагона при експлуатації має вплив і пошкодження зовнішнього шару фарби, яким покритий вагон. При його пошкодженні, метал починає взаємодіяти із навколишнім середовищам, що призводить до попадання  різних чинників що провокують корозію, після чого структура сталі починає руйнуватися. Основними технічними характеристиками вагона є: лінійні розміри пасажирського вагона - довжина вагона (відстань між торцевими стінками вагона) - 23,6 метра з урахуванням автосцепок - 24,75 метра, база вагона (відстань між щкворнями ) - 17 метрів, тара вагона (власна маса вагона в повному екіпірування, але без пасажирів) не більше - 58 т, осність (кількість осей під вагоном) - 4 осі, населеність (кількість місць) [12].

Для оцінки експлуатаційно-технічних та економічних переваг конструкції пасажирського вагону при однаковому комфортному рівні зазвичай використовуються наступні показники: відносна маса тари - маса вагона, що припадає на одне пасажирське місце, погонна населеність – кількість пасажирських місць, що припадають на одиницю довжини (1 метр) вагона по осях автосцепок. У пасажирського вагона далекого прямування, використовуваних в парку РЖД, відносна маса тари складає близько 1500 кг на одне місце в спальних вагонах відкритого типу та 950 кг - у купейних; на 1 метр довжини населеність відповідно - 1,42 і 2,1 пасажира [13].

2. МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ

2.1. Металографічні дослідження.

   Металографічні дослідження  проводили на мікроскопі ММР-2Р. зразки готували з фрагментів кузовів вагонів  розміром від 2.2 – до 8.8 мм. Після цього зразки вставляли в оправки і заливали їх епоксидною смолою. Затвердіння зразків протягом 48 годин. Після цього зразки шліфували на абразивних шкурках з різною зернистістю також провели полірування алмазними пастами розмірів 60/40 і 5/3  на паперовому крузі.

Досліджували зразки після полірування а також після травлення 4% розчином азотної кислоти в спирті.

        2.2. Вимірювання твердості за Брінелем та Роквелом.

Метод полягає у втисканні на твердомірах у поверхню виробу (зразка) протягом певного часу під дією заданного навантаження P сферичного наконечника й вимірювання діаметра d відтиска після розвантаження (рис. 1). Застосовуються наконечники (індентори) у формі кульок різних діаметрів D (мм): 1; 2; 2,5; 5; 10. Для матеріалів, твердість яких не перевищує 450 одиниць, використовуються сталеві загартовані кульки. Твердість у цьому випадку позначається HB. Для твердіших матеріалів (твердістю до 650 одиниць) використовуються  кульки з твердого сплаву, а твердість позначається HBW.

Твердість визначається як відношення зусилля втискання  індентора в матеріал до площі поверхні відтиску (рис.1):

  (1)

де Р – навантаження на індентор, Н; F – площа поверхні сферичного сегмента відтиска після розвантаження, мм2; D – діаметр кульки індентора, мм; h і d – відповідно глибина і діаметр відтиска після розвантаження, мм.

Рис 2.1 — Схема визначення твердості за методом Брінелля (після припинення дії прикладеного навантаження )

Діаметр відтиску вимірюється за допомогою відлікового мікроскопа в двох взаємно перпендикулярних напрямках з визначенням середнього арифметичного значення, за яким знаходять твердість. Значення твердості можна розрахувати за формулою (1) або визначити з таблиць, у яких для окреслених значень P і D заздалегідь обчислені значення НВ = f(d).

Щоб отримувати однакові значення твердості матеріалу при різних умовах вимірювання (D, Р), необхідно, щоб між діаметром відтиску й діаметром сферичного індентора зберігалося співвідношення: 0,25 D < d < 0,6 D і забезпечувалася геометрична подібність відтисків ( = const) вибором навантаження P за такою залежністю: 

 ,  (2)

де K – постійна величина, значення якої вибирають залежно від твердості матеріалу.

Твердість за Брінеллем, що визначається при стандартних умовах  вимірювання (D=10мм, Р = 29400 H, тривалість витримування під навантаженням від 10 до 15 с), позначається цифрами, що характеризують величину твердості, та літерами НВ, наприклад, 65 НВ. При інших умовах вимірювання після букв НВ потрібно послідовно вказувати діаметр кульки, навантаження та тривалість витримки під навантаженням, наприклад, 280 НВ 5/750/20.

Найменша товщина зразка s повинна бути більшою від 10–разової глибини відтиска h, відстань між центрами двох сусідніх відтисків – не меншою від 4d, а відстань від центра відтиску до краю зразка — не меншою від 2,5d; для м’яких металів (<35НВ) ці відстані повинні бути менші відповідно від 6d i 3d.

За методом Роквелла  критерієм твердості є глибина відтиска індентора, яка під час випробування визначається автоматично на твердомірах типу ТР (подібної будови, що і твердоміри ТБ). Значення твердості відчитується зі шкали такого твердоміра.

При вимірюваннях використовуються стандартні наконечники  двох типів:

–  алмазний конус з кутом при вершині 120°;

–  відполірована кулька діаметром 1,5875 мм (1/16") із загартованої сталі.

Загальне навантаження Р на індентор прикладають у такій послідовності (рис. 3):

  1.  наконечник втискується в матеріал під дією початкового навантаження Р0 на глибину hо, з якої буде здійснюватися відлік твердості, щоб усунути вплив шорсткості поверхні, неоднорідності хімічного складу та структурного стану поверхневого шару й вібрацій твердоміра;

–  опісля плавно  протягом 2 – 8 с прикладається основне навантаження до свого номінального значення Р1;

–  наконечник певний час втискується в матеріал під дією загального навантаження (Р=Р0+Р1) на глибину ho+h1. Тривалість витримки під загальним навантаженням залежить від повзучості матеріалу і складає 2 с для матеріалів з незалежною та 5 – 8 с для матеріалів з залежною від часу пластичною деформацією;

 

 а б

а – алмазний конус; б – сталева кулька

Рис 2.2 — Схеми вимірювання твердості за методом Роквелла

– після витримки знімається основне навантаження й наконечник, продовжуючи перебувати під дією початкового навантаження Р0, витісняється матеріалом у положення, що характеризується величиною заглиблення ho+ h1 h2.

Різниця h1h2,  що характеризує твердість, визначається за допомогою індикатора годинникового типу. На циферблаті індикатора є три шкали, що мають 100 спільних поділок: суміщені ідентичні шкали А і С, позначені чорними цифрами, та зміщена відносно цих шкал на 30 поділок шкала В, позначена червоними цифрами[52]. Ціна поділки c шкали відповідає заглибленню індентора на 0,002 мм, а повний  оберт стрілки — на 0,2 мм.

Значення твердості за методом Роквелла визначається різницею параметрів K i e, виражених через кількість  поділок шкали:

НR = K е, (3)

де  K = 0,2мм/0,002мм = 100 поділок шкали  при визначенні твердості алмазним наконечником за шкалами А і С  і K = 0,26мм/0,002мм = 130 поділок  при визначенні твердості сталевою кулькою за шкалою В, e = (h1h2)/0,002 (рис. 3).

Отже, твердість за Роквеллом подається в умовних одиницях (міра одиниці — 0,002 мм) за відповідною шкалою індикатора твердоміра, наприклад, 58 НRC.

Умови застосування методу та режими вимірювання твердості наведені в табл. 3. При визначенні твердості HRB м'яких та середньої твердості матеріалів (<450 НВ) застосовується сталева кулька. Враховуючи  можливість проникнення наконечника в м'який матеріал під дією загального навантаження на глибину більшу, ніж 0,2 мм, шкалу В зміщують відносно шкал А і С на 30 поділок, розширюючи межі відліку в ній до 130 поділок (рис. 3, б). Верхня межа вимірювання складає 100 HRB, бо при більшій твердості матеріалу внаслідок можливої деформації кульки та незначної глибини проникнення її в матеріал (0,06 мм) втрачається точність вимірювань. Нижня межа вимірювання — 25 HRB, оскільки в матеріалах з меншою твердістю значно збільшується час пластичної деформації та площа поверхні дотику кульки з матеріалом, що вносить похибку у вимірювання.

2.3. Вимірювання пошкоджуваності.

 Надійність деталей машин і конструкцій великою мірою визначається  опором матеріалів поширенню тріщин. Кількісна оцінка тріщиностійкості ґрунтуються на визначені напруження К1C поблизу вершини тріщини в момент нестабільного поширення. Значення К  залежить від ступеня пластичної  деформації  у  вершині тріщин (її затуплення ) і характеризує опір розвитку в’язкі тріщині. Тому коефіцієнт інтенсивності напружень  Кназивають в’язкістю руйнування. Чим він більший, тим вище опір матеріалу в’язкому руйнуванню і його надійність. Крім якісної характеристики надійності, К доповнює параметри   HB, б0,2    і  Е у розрахунках на міцність деталей. Використання цього критерію дає змогу визначити безпечний розмір тріщин за відомого робочого напруження, або безпечне напруження, якщо відомий розмір дефекту.

 Характеристики в’язкості руйнування отриманні для одних і тих самих матеріалів під час випробувань зразків різних розмірів і різної  форми  можуть суттєво відрізнятися  особливо для пластичних сплавів, і тому розрахунок  граничного стану деталей за характеристиками, що визначені на лабораторних зразках не завжди  є обґрунтованими. Все це примушує до пошуків інших критеріїв руйнування матеріалів з тріщинами, які були би інваріантними  до умов випробувань.

  Щоб оцінити несучу здатності матеріалу, широко використовують показники в’язкості  руйнування, які відомі з вимірів фізичних параметрів тріщини: довжини, переміщення берегів у середній частині й у вершині тріщини, кута розкриття, а також швидкості збільшення тріщини, розміру пластичної зони біля вершини тріщини. Стандартні методи визначення показників в’язкості руйнування доволі складні й під час пружно-пластичного поводження матеріалу із тріщиною не є ефективні. Їхнє використання для оцінювання несучої здатності пластичного листового матеріалу, може призвести до звичайного зниження у несучій  здатності. Це зумовлено, насамперед, розходженням схем навантаженням, при визначенні параметрів в’язкості руйнування тонкої пластини й компактного зразка.        

Оскільки в’язкість  руйнування чутлива до структурного стану матеріалу, зокрема до однорідності структури, то для оцінювання несучої здатності матеріалу як параметр, що контролює розвиток тріщини, можна прийняти стан пошкоджень матеріалу на ділянці вершини  тріщини, який досягається до моменту її старту. Проте, методи визначення запропонованих параметрів оцінки стану пошкоджень не мають достатньо чіткого визначення. Крім того, слід врахувати той факт, що конкретним зразкам конструкційних матеріалів, а також виготовлених з них виробам властива індивідуальність характеристик міцності і пружності. Розкид їхніх значень для різних зразків, виготовлених з одного і того самого матеріалу, зумовлений статистичною природою міцності твердих тіл, відмінністю структур зовні однакових зразків. Невизначеність реальних механічних характеристик матеріалу і невизначеність деяких зовнішніх навантажень, що діють на технічний об’єкт, приводять до погрішностей розрахунків щодо працездатності проектованих конструкцій і вживання відповідних заходів безпеки. За таку міру використання приймають пониження в n разів щодо небезпечного напруження матеріалу (межі міцності, межі текучості, межі витривалості або межі пропорційності) величини напруження, що максимально допускається, і яка використовується в умові міцності, що зумовлює збільшення матеріаломіцності виробів.

Під дією навантаження матеріал на ділянці вершин тріщини пошкоджується й, досягнувши граничного рівня накопичених пошкоджень, тріщина стартує, ‘‘ впроваджується ’’  у цей ушкоджений матеріал. Для пластичного матеріалу процес його пошкодження на ділянці вершини тріщини проявляться у вигляді візуального спостереження “ утягнення ” матеріалу по лінії поширення тріщини. Стан пошкодження матеріалу в межах шийки зразка, підданому одноосьовому розтягу, подібний до моменту її старту. Цей факт було встановлено під час дослідження  пористості матеріалу  на ділянці вершини тріщини й на зламі в шийки зразка.  Виявлена адекватність   станів матеріалу в зоні вершини тріщини й у шийці одновісного розтягнутого зразка спричиняє можливість проведення оцінки несучої здатності пластини без залучення критеріїв в’язкості руйнування. Непрямим підтвердженням висловлених міркувань  є  взаємозв’язок характеру розподілу напружень  у  вершини тріщини  із процесами нагромадження пошкоджень за простого розтягу зразка матеріалу

Розрахунок пошкоджуваності проводили в наступні послідовності:

3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ.

Дослідження проводили на фрагментах кузовів вагонів представлених на (рис. 3.1 і 3.2),  Інформація про досліджувані фрагменти кузовів вагонів  представлена в таблицях 1, і 2.

  1.    Фрагменти кузовів вагонів, на яких проводились експериментальні дослідження.

Табл. 3.1 Інформація про досліджуваний фрагмент кузова вагона -1.

1

Номер вагона

28403

2

Тип вагон

ЦМВО - плацкарт

3

Завод на якому побудували вагон

Калинин

4

Рік побудови

1987

5

Останній ремонт

ДР 30.11.10  по пробігу ЛВЧД – 1

6

Інформація про технічне

обслуговування

ТО – 3 ЛВЧД – 1 Львів 23.05.11

ТО – 2 ЛВЧД – 1 Львів 20.10.11

7

Місце, з якого отриманий фрагмент          

Правий бік кузова вагона

Табл.3.2. Інформація про досліджуваний фрагмент кузова вагона – 2.

1

Номер вагона

21075

2

Тип вагон

ЦМВО -  плацкарт

3

Завод на якому побудували вагон

Тверь

4

Рік побудови

1995

5

Останній ремонт

КР – 1,    24.04.11

6

Інформація про технічне

обслуговування

ТО – 3 ЛВЧД – 1,   13.10.11

7

Місце, з якого отриманий фрагмент

Двері  (низ дверей над відкидною площиною)

                                                     а

                                                    б

Рис  3.1. Досліджуваний фрагмент - 1 кузова вагона:  

а – зовнішня  сторона;   б – обернена сторона.

                                                    а

б

Рис 3.2.  Досліджуваний фрагмента кузова вагона – 2:

а – зовнішня  сторона;   б – обернена сторона.

  1.     Аналіз мікроструктури зразків кузовів вагонів.

Дослідження мікроструктури  фрагмента -1 проводили на зразках, які розміщенні безпосередньо в зоні згину кузова на віддалі 60 мм, від зони корозійного враження і на віддалі 120 мм, від зони зварювання ( рис 3.3)  а також в зоні корозійного ураження і зварювання.

                                                                              

1

3

а

в

б

д

г

2

Рис. 3.3 - Фрагмент -1 кузова пасажирського вагона та зони вирізання зразків для металографічних досліджень: 1, 2, 3 – зразки для замірів твердості; а – зона на віддалі 60мм від зони корозійного ушкодження і 120мм від зони зварювання, б – зона зварного і корозійного ушкодження,  в - зона зварного і корозійного ушкодження, г – зона із зварним швом але віддалена від корозійного ушкодження, д – зона корозійного ушкодження віддалена від зони шва.

Аналіз мікроструктури показав присутність перліту і фериту а також, наявність різнозернистості, що характерно для процесів рекристалізації, які проходили при операціях згину (рис 3.4).

      Дослідження мікроструктури зразків віддалених від зони зварювання показали, що корозія відбувається як по зернах так і по границях (рис 3.5).  Що вказує на вплив процесів пластичної деформації  при виготовленні фрагментів кузова вагона на їх пошкодження.

       Дослідження зразків фрагмента кузова вагон отриманих із зони зварювання і корозійних ушкоджень показали переважне протікання корозії по границях зерен ( рис 3.7  і  рис 3.8), що вказує на значний вплив процесів деформації і зварювання на формуванні корозійних ушкоджень матеріалу кузова.

            

                                              а

            

                                               б

            

                                               в

Рис 3.4 - Мікроструктура зразка фрагмента  кузова вагона

(див на рис 3.3 а) віддаленого від зони корозійних ушкоджень і зварювання. х100.

            

                                              а

               

                                               б

           

                                                 в

Рис 3.5 -  Мікроструктура фрагмента зразка кузова вагона

(див на рис 3.3 д) отриманого із зони деформації і корозійного ураження. х100.

            

                                                    а

             

                                                   б

             

                                                   в

Рис 3.6 – Мікроструктура фрагмента зразка кузова вагона

(див на рис 3.3 в) отриманого із зони деформації і корозійного ураження. х100.

           

                                          а

           

                                           б

           

                                              в

Рис. 3.7 – Мікроструктура зразка фрагмента кузова вагона

(див на рис 3.3 б) в зоні зварювання і корозійного  ураження. х100.                                       

          

                                                а

          

                                              б

          

                                              в

Рис 3.8 - Мікроструктура зразка фрагменту кузова вагона

(див на рис 3.3 г ) в зоні зварювання і корозійного ушкодження. х100.

            Слід зауважити, що в зоні зварювання і корозійного ушкодження формування пошкоджень почнеться із потрійних зерених стиків, що вказує на активацію в них напружень  в умовах обробки тиском.

2

в

а

1

б

                  

       

Рис. 3.9 - Фрагмент дверей кузова пасажирського вагону та зони вирізання зразків для металографічних досліджень; 1, 2 – зразки для замірів твердості:  а – зона вихідної структури; б – зона зварювання і корозійного ушкодження;  в – зона віддалення від зварного шва.

Дослідження мікроструктури фрагмента-2 вагона дверей (рис 3.9)  проводити на зразках які вирізали із зони розташованої на відстані 30мм від зони зварювання і 50мм  від зони корозійного ураження (рис 3.9 а). Проводили також дослідження зразків вирізаних із зони корозійного ураження (рис 3.9 б) а також зони зварювання і корозійного ураження

(рис 3.9 в). Мікроструктура зразків після травлення 4% розчином азотної кислоти в етиловому спирті показано на (рис. 3.10,  рис 3.11 і рис 3.12).

Як видно (рис 3.10),  структура складається із ділянок  фериту і перліту і є типовою для маловуглецевих сталей після прокату.  Розподіл вуглецю в структурі  є  в  основному однорідний, але в окремих ділянках виділяються зони вільні від перліту, що вказує на деформування заготовок при температурі менших за АС3.  В той же час в зоні зварювання та корозії пошкодження проходять по границях зерен фериту.

                

                                                     а

                

                                                  б

               

                                                  в

Рис 3.10  – Мікроструктура фрагмента дверей кузова вагона поза межами корозійного ураження (див. на рис 3.9 а), х100.

             

                                                   а

             

                                                   б

             

                                                          в

Рис 3.11 – Мікроструктура зразка фрагмента дверей кузова вагона в зоні корозійного ураження (див. на рис 3.9 б). х100.

           

                                                 а

            

                                                  б

               

                                                  в

Рис 3.12 - Мікроструктура зразка фрагмента дверей  кузова вагона в зоні зварювання  і  корозійного ураження (див на рис 3.9 в). х100.

Аналіз структури зразків із зони корозійного ураження (рис 3.11) показав, що прямого  зв’язку між елементами структури  і процесами корозії не виявляється.

В той же час в зоні зварювання корозійні пошкодження (рис 3.12) проходять по границях зерен фериту.  Слід відмітити, що в деяких ділянках зони термічного впливу корозійні тріщини утворюються на віддалі  2 -3 зерна від зони суцільної корозії.

3.3  Дослідження пошкоджуваності кузовів вагонів методом  LM – твердості.

    Деформовані маловуглецеві сталі широко використовують для деталей кузовів вагонів, які працюють в  умовах діє змінних і динамічних навантажень.

Процес пластичної деформації супроводжується переміщенням дефектів  транслеційного типу  (дислокацій і дисклілінацій), ротаційним  складником, локальними порушеннями суцільності, при яких в матеріалі формуються магістральні тріщини  і він  руйнується. Слід зауважити, що для матеріалів з відмінною пластичністю реалізуються різні механізми деформації, відбувається зміцнення металу, яке приводить до зміни фізико-механічних  властивостей. Проходження процесів, які супроводжуються пластичну деформацію, залежить від ступеня  попередньої деформації заготовки. 

Моделі механіки, які описують еволюцію механічних і структурних параметрів матеріалів у процесі деформування, мають у своїй основі подання деформованого тіла як деякого однорідного середовища, що складається з двох взаємодіючих континуумів: матеріального   і   континіума дефектів. Матеріальний континуум визначається тензором ефективних напружень  і  деформацій, що виникають від зовнішньої дії і дії дефектів матеріалу. Континуум дефектів і тензор густини потоку відображає стан матеріалу.

Зміна структури сплавів в умовах дії зовнішніх  навантажень являє собою складні процеси, в яких розглядаються такі рівні ієрархії:    

а) механічний рівень, що відповідає пружній поведінці матеріалу; б) рівень дефектів трансляційного типу, при якому локальні структурні зміни визначаються густиною і потоками дислокацій; в) рівень дефектів ротаційного типу, що відповідає структурним параметрам, які визначають густину і потоки цих дефектів; г) рівень локального порушення суцільності, при якому в матеріалі виникають макропори і мікротріщини; д) рівень глобального порушення суцільності, який характеризується формуванням магістральних  тріщин і втратою фізичної суті механічних параметрів напружень  і  деформацій.

Технологічна обробки і зокрема пластична  деформація  і  зварювання супроводжуються утворенням дефектів, які  сприяють формуванню пошкоджень від дії зовнішнього навантаження і корозії. Водночас вплив технологічні  пошкоджуваності  на їх утворення при експлуатації та функціональності властивості виробів визначені недостатньо.

Під час зварювання маловуглецевих сталей суттєво змінюється їх структурний стан – густина дефекту кристалічної будови, розмір зерна відбувається орієнтування кристалічних осей виникають залишкові напруження це призводить до зміни механічних властивостей.

Для вивчення впливу локального порушення структури сталі яке формується в умовах  технологічної обробок  деталей кузовів вагонів на пошкодженість при експлуатації  оцінювали опір сталі місцевій пластичній деформації при розклинюванні матеріалу індентором  приладу для вимірювання твердості у фрагментах кузовів вагонів на різні віддалі від зоні зварювання. Згідно з методом  LM – твердості параметром, який  інтегрально характеризує структурний стан матеріалу під час обробки результатів масових вимірювань, є гомогенність. Великим значенням однорідності розподілу твердості, відповідає краща організація структури. Меншим значенням навпаки – вищий ступінь пошкоджуваності.

Для оцінювання розсіювання твердості вимірювали твердість на зразках, які відрізняються з досліджуваних фрагментів. Навантаження становило 588Н. а діаметр кульки  1,58810-3. Кількість замірів була не менше 30. Зразка фрагмента вирізались на прямолінійних ділянках  з  мінімальним пошкодженням  (див на рис 3.13).

Як видно біля зони зварювання значення коефіцієнта гомогенності Вейбула ( m) є найменшим, що вказує на більшу пошкоджуваність матеріалу біля зони зварювання. Із зростанням віддалі від зони зварювання значення коефіцієнта гомогенності (m) зростає, що вказує на зменшення пошкоджуваності. Різниця у пошкоджуваності матеріалу короткому і довгому зразках може бути повязана  із особливостями вирізання фрагмента кузова вагона .

Аналіз пошкоджуваності зразка вирізаного біля зони корозійного ураження ( див на рис 3.3, 2) показав, що найменше значення коефіцієнта гомогенності спостерігається в зоні зварювання де відбувся розвиток  корозійного ураження  (рис 3.14).  На всій віддалі від зони зварного шва значення коефіцієнту гомогенності  є  менші ніж поза межами зони корозії причому найнижчі значення спостерігаються в зоні термічного впливу  біля наплавленої зони, що свідчить про розвиток процесів корозійного враження в зоні яка отримала найбільші пошкодження при зварюванні.

Слід відмітити, що корозійні ураження спостерігаються в місцях зварного шва де маса наплавленого металу є найбільша. Більше значення (m) в короткому зразку пов’язано із тим, що в цій зоні кількість наплавленого металу є меншим ніж в  довгому зразку.

                                                 а

                                                б

Рис 3.13 – Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m) зразка - 1 на різній віддалі від зони зварювання фрагменту кузова  вагона (див на рис 3.3, 1)

                               а - короткий ; б - довгий

                                                  а

                                                  б  

Рис 3.14 – Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m) зразка - 2 на різній віддалі від зони зварювання фрагменту кузова  вагона (див на рис 3.3).

                               а - короткий ; б – довгий

Дослідження коефіцієнта гомогенності Вейбула в зоні корозійного  ураження на поверхні ребра жорсткості кузова показали, що мінімальне значення коефіцієнта гомогенності спостерігається в зоні формування ребра жорсткості кузова вагона (рис. 3.3в), ( рис 3.15).

Рис 3.15  – Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m) зразка - 3 на різній віддалі від зони зварювання фрагменту кузова  вагона (див. на рис 3.3, 3).

Це свідчить, що найбільші пошкодження при технологічній обробці виникають на поверхні ребра жорсткості за рахунок пластичної деформації. Більше значення (m) в зоні зварного шва пов’язано із тим, що при нагріванні проходять процеси  рекристалізації, які знімають наклеп. Тобто корозійна ушкодженість розвивається в місцях, де формується найвищий рівень технологічної  пошкоджуваності.

    

Рис 3.16 – Коефіцієнти гомогенності Вейбула (m) зразка             

(див на рис. 3.9, 1) на різні віддалі  від зони зварювання фрагменту – 2.1 кузова дверей вагона.

           

Рис 3.17 – Коефіцієнти гомогенності Вейбула (m) зразка (див. на

рис. 3.9, 2) на різні віддалі поздовж та поперек прокату.

Дослідження гомогенності розподілу твердості фрагменту дверей  пасажирського вагону (див на рис 3.9, 1) підтвердили вплив процесів зварювання на формування пошкоджень, як видно на (рис 3.16 ).

Найбільший рівень пошкоджень спостерігається в зоні біля зварного шва. Взонах віддалених від шва коефіцієнт гомогенності зростає, що вказує на зменшення в них пошкоджуваності.

Важливе значення мають дослідження впливу напряму пластичної деформації при прокаті на пошкоджуваність дослідження зразка вирізаних поза зоною зварного і корозійного ушкодження ( див. на рис 3.9, 2) показав, що поперек прокатування значення коефіцієнта гомогенності, розподілу твердість зменшується у два рази у порівняні із коефіцієнтом гомогенності  в  здовж прокату ( рис 3.17).

Такий розподіл пошкоджуваності під час прокатування слід врахувати  при орієнтуванні листових заготовок  в  умовах ремонту кузовів вагонів.

Зона зварювання

Напрям прокату

Рис 3.18 – Доцільне орієнтування листа заготовки по відношенню до зони  зварювання.

Так як коефіцієнт гомогенності (m) вздовж прокату є більшим ніж коефіцієнт гомогенності поперек прокату при зварювані необхідно орієнтувати об’єкти так, щоб вони розміщалися по відношенню до зони зварювання вздовж напряму прокату (рис 3.18).  

                       Основні висновки

  1.  Проблема параметризації  функціональної довговічності кузовів вагонів після відновлюючих ремонтів, забезпечення необхідного рівня надійності і працездатності виробів визначається процесами деформації та деградації сталі  з  ферито – перлітною структурою  і  вимагає оцінки впливу технологічних операцій на формування пошкоджень.
  2.  На основі проведених досліджень встановлено, що формування корозійних уражень кузовів вагонів при експлуатації пов’язано із технологічною пошкоджуваністю їх окремих фрагментів під час ремонтів. Збільшення пошкоджуваності, яка визначається  за коефіцієнтом гомогенності Вейбула (m), сприяє  формуванню корозійних уражень  в кузовах пасажирських вагонів при експлуатації.
  3.  Корозійні ушкодження при експлуатації розвиваються в зонах фрагментів  кузовів вагонів, в яких є мінімальне значення коефіцієнта гомогенності Вейбула (m). Причому незалежно від походження пошкоджень  - при зварюванні, чи  в умовах пластичної деформації.
  4.  Щоб зменшити вплив технологічної пошкоджуваності, яка утворюється при прокатуванні  заготовок, на формування пошкоджень під час зварювання необхідно враховувати орієнтування напрямку прокатування при ремонті кузовів вагонів. Так як коефіцієнт гомогенності  Вейбула (m) вздовж прокату є більшим від  коефіцієнта гомогенності  Вейбула (m) поперек прокату при зварюванні необхідно орієнтувати фрагменти так,  щоб вони розміщувались по відношенню  до зони зварювання вздовж напрямку прокату.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37145. Радикальное направление освободительной борьбы. Революционные демократы и революционные народники 41.5 KB
  Они резко выступали против теории официальной народности против взглядов славянофилов доказывали общность исторического развития Западной Европы и России высказывались за развитие экономических и культурных связей с Западом призывали использовать в России новейшие достижения науки техники культуры. В это время он пришел к мысли что русская деревенская община и артель содержат зачатки социализма который найдет свое осуществление в России скорее чем в какойлибо другой стране. Герцен был первым кто в общественном движении России...
37146. Развитие экономики и культуры России во второй половине XIX века 50.5 KB
  Огромные выкупные платежи тяжким бременем лежали на миллионах крестьян. К тому же взамен помещичьей власти в деревне укреплялся гнет общины которая могла наложить штраф на трудолюбивых крестьян за работу а в праздничные дни приговорить крестьян к ссылке в Сибирь за колдовство и т. Многие крестьяне испытывали большие тяготы изза того что не могли свободно распоряжаться своим наделом а также вести свое хозяйство так как считали нужным. Во многих общинах проводились переделы земли что исключало заинтересованность крестьян в повышении...
37147. Социал-демократия: большевизм и меньшевизм в революционном движении России 39.5 KB
  Идейное размежевание с меньшевиками сопровождалось не прекращавшимися попытками восстановить единство РСДРП но предложение Ленина разрешить партийный кризис созывом съезда не нашло поддержки у меньшевиков а также у большевиков – членов ЦК партии считавших что съезд лишь закрепит раскол. Отказавшись от предложенного Лениным переименования партии в коммунистическую делегаты конференции решили добавить к традиционному ее названию Российская социалдемократическая рабочая партия слово большевиков и поручили ЦК партии подготовить проект...
37148. Причины, характер, особенности, этапы и итоги революции 1905-1907 гг 40 KB
  Оно стало началом революции 1905 1907 гг. Причины революции многообразны но все они так или иначе связаны с процессами модернизации политической экономической социальной областей жизни страны. Либералы к началу революции создать политические партии не смогли.
37149. Государственная Дума – первый опыт парламентаризма 34.5 KB
  Вследствие неодновременности выборов работа Государственной думы проходила при неполном составе её пополнение шло в ходе работы. Комиссии Государственной думы работали над законопроектами о неприкосновенности личности свободе совести собраний об отмене смертной казни. В центре внимания II Думы как и ее предшественницы находился аграрный вопрос. Третьеиюньский государственный переворот новое Положение о выборах в Думу в нарушение Основных законов было утверждено царем без санкции Думы и Государственного совета означал поражение...