Structural changes during thermal strengthening of the railway wheel

Abstract

UK: Purpose. Justification of mechanism of the structure transformations in the carbon steel of the railway wheel during disk thermal strengthening. Research methods. The material for the study was carbon steel of a railway wheel with a content of 0.57 % C, 0.65 % Si, 0.45 % Mn, 0.0029 % S, 0.014 % P and 0.11 % Cr. The railway wheel was heated to temperatures higher than Ac3, kept at this temperature to complete austenite homogenization process, and disk was rapidly cooled to the specified temperature. Degree defectiveness structure of the metal after accelerated cooling was assessed using technique of X-ray structural analysis. Strength stress, yield stress and relative elongation of the carbon steel were determined at stretching at rate of deformation 10-3 s-1. Results. At accelerated cooling of the carbon steel, the sources of strengthening are the processes of blocking mobile dislocations due to the condensation of carbon atoms on them and dispersion strengthening from the formed particles of the carbide phase. At temperatures of termination of forced cooling of carbon steel above 300…350 °C, the reduction rate of strength properties is determined by the excess of total effect of softening from decomposition of the solid solution, acceleration of spheroidization and coalescence of cementite particles over the blocking of dislocations by carbon atoms and dispersion hardening. Scientific novelty. The level of strength and plasticity characteristics of carbon steel of the railway wheel disc, depending on the temperature end forced cooling, is determined by the ratio of the influence of degree super saturation of the solid solution and the dispersion strengthening by carbide phase. Practical value. For temperatures termination of accelerated cooling of 200…300 °C, degree of super saturation of the solid solution is the main factor that determines the level of strength and plasticity characteristics. When manufacturing an all-rolled railway wheel, the strength limit of the disc metal can be increased by accelerated cooling to the middle range of temperature. EN: Мета роботи. Обґрунтування механізму структурних перетворень при термічному зміцненні диску залізничного колеса. Методи дослідження. Матеріалом для дослідження була вуглецева сталь залізничного колеса зі вмістом 0,57 % C, 0,65 % Si, 0,45 % Mn, 0,0029 % S, 0,014 % P, 0,11 % Cr. Залізничне колесо піддавали нагріву до температур вище Ac3, витримували при цій температурі для завершення процесу гомогенізації аустеніту та прискорено охолоджували диск до визначеної температури. Оцінку ступеня дефектності структури металу після прискореного охолодження здійснювали з використанням методики рентгенівського структурного аналізу. Границі міцності, плинності і відносне видовження вуглецевої сталі визначали при розтяганні зі швидкістю деформації 10-3 с-1. Отримані результати. За умов прискореного охолодження вуглецевої сталі, джерелами зміцнення є процеси блокування рухомих дислокацій за рахунок виділення на них атомів вуглецю і дисперсійного зміцнення від сформованих частинок карбідної фази. При температурах припинення примусового охолодження вуглецевої сталі вище за 300…350 °С, темп зниження властивостей міцності визначається перевищенням сумарного ефекту пом’якшення від розпаду твердого розчину, прискорення сфероїдизації і коалесценції частинок цементиту над блокуванням дислокацій атомами вуглецю і дисперсійним зміцненням. Наукова новизна. Рівень характеристик міцності і пластичності вуглецевої сталі диску залізничного колеса в залежності від температури закінчення примусового охолодження визначається співвідношенням впливу від пересичення твердого розчину і дисперсійного зміцнення від карбідної фази. Практична цінність. Для температур припинення прискореного охолодження 200…300 °C, зниження ступеню пересичення твердого розчину є основним чинником, що визначає рівень характеристик міцності і пластичності. При виготовленні суцільнокатаного залізничного колеса підвищити границю міцності металу диску можна прискореним охолодженням до середнього інтервалу температур.