Изобретение повысит предел выносливости и усталостную прочность боковой рамы на 50% и значительно уменьшит число разрушений во время эксплуатации, передает РИА «Новости».
В настоящее время условия эксплуатации железнодорожных составов сильно изменились – существенно увеличилась нагрузка на вагоны и длительность перевозок. В результате участились случаи схода вагонов с рельсов, возросли экономические потери и человеческие жертвы. Больше всего разрушению подвергается зона внутреннего угла буксового проема боковой рамы (так называемая зона внутреннего радиуса R55) тележки грузового вагона. При разрушении этой детали поезд сходит с рельсов и с вероятностью приблизительно 90% опрокидывается.
Причина возникновения изломов боковых рам кроется в производственных дефектах и изменении условий эксплуатации. Во время литья внутри изделия образуются раковины (полости в теле отливки) и крупные поры, избавиться от которых невозможно. Выявить наличие таких дефектов удается с помощью ультразвука или рентгена, но это очень трудоемкие методы, зачастую не дающие точных результатов. Традиционный ремонт боковых рам также не решает проблему разрушения – дефекты полностью не устраняются.
Реализуемый в НИТУ «МИСиС» проект направлен на повышение безопасности движения грузового подвижного состава. Практически все боковые рамы, эксплуатируемые сейчас на российской железной дороге, нуждаются в термическом упрочнении. Ученые разработали новый способ термического упрочнения деталей путем закалки. Технология легла в основу экспериментальной установки спреерного закаливания боковых рам. Для изучения влияния термического упрочнения на структуру и свойства рам ученые разработали специальные методики и провели комплекс механических испытаний закаленных деталей, включающих измерение акустической эмиссии (возникновение и распространение акустических волн) при механическом нагружении детали для определения момента начала разрушения боковой рамы (момент появления трещины) и анализа темпа роста трещины, и циклические испытания боковых рам для определения их усталостной прочности и живучести.
«Мы выполнили проект государственного значения и разработали технологию, которая будет использоваться при производстве боковых рам, для повышения их прочностных характеристик. На основе этой технологии, не имеющей аналогов ни в России, ни в мире, создана экспериментальная установка для спреерного закаливания крупногабаритных литых деталей потоком воды. Закалка приводит к формированию «сэндвичной» структуры металла: поверхностные слои становятся более твердыми, а сердцевина сохраняет вязкость и пластичность. Деталь приобретает упругость, что снижает вероятность образования трещин вне зависимости от наличия внутренних дефектов. В ближайшие три года мы планируем довести разработанную технологию до промышленного внедрения, а затем начать массовое промышленное производство и закаливать порядка двадцати тысяч боковых рам в год», – сказал агентству доцент кафедры металловедения и физики прочности НИТУ «МИСиС» Андрей Рожнов.
По словам ученого, внедрение новой технологии должно существенным образом уменьшить число разрушений этих деталей и повысить безопасность движения грузовых поездов.
Работа над проектом длилась три года. В конце 2016 года пройдут первые испытания восьми упрочненных боковых рам, установленных на два грузовых вагона, а летом 2017 года испытания рам продолжатся уже на большом количестве вагонов. После завершения испытаний планируется проведение сертификации упрочненных боковых рам и последующее оснащение ими вагонов грузовых поездов.
Проект выполняется в рамках федеральной целевой программы по заказу Минобрнауки России в интересах ОАО «РЖД»; технологию разрабатывают НИТУ «МИСиС», МГУПС МИИТ и ОАО «ВНИКТИ».