РОЗДІЛ 2
АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ ТЕОРІЙ ЩОДО ПОЯВИ ТА РОЗВИТКУ ДЕФЕКТІВ КОНТАКТНО-ВТОМЛЮВАЛЬНОГО ПОХОДЖЕННЯ
Дослідження механізмів появи та розвитку дефектів контактно-втомлювального походження були розпочаті на початку 30-х років ХХ сторіччя за участю десятків науково-дослідних інститутів. Головною науково-дослідною організацією Міністерства шляхів сполучення колишнього СРСР став ВНІІЗТ. В роботі приймали участь такі вищі навчальні заклади: ЛІІЗТ, НІІЗТ, Уральський політехнічний інститут, Сибірський металургійний інститут, Нижнєтагільський металургійний комбінат, Кузнецький металургійний комбінат, Маріупольський металургійний комбінат "Азовсталь", Дніпродзержинський металургійний комбінат, Горьківський металургійний завод; науково-дослідні інститути чорної металургії, Українській науково-дослідний інститут металів та інші організації.
Дослідженню роботи рейок в колії присвятили свої роботи цілий ряд таких видатних вчених як Н.П. Щапов, А.И. Скаков, В.Н. Данилов, А.Ф. Золотарський, Л.М. Школьник, В.В. Лемпицький, Р.С. Ніколаєв, Л.С. Казарновський, Г.М. Шахунянц, Я.Р. Раузін, А.В. Вєліканов, А.Д. Конюхов, С.В. Амєлін, О.П. Єршков, А.Я. Коган, В.Ф. Яковлєв, В.Г. Альбрехт, Г.П. Копанєв, М.Ф. Веріго, Є.М. Бромберг, Л.П. Мелентьєв, П.П. Цуканов, А.В. Лук'янов, В.Л. Порошін, В.Я. Шульга, В.А. Кіслік, Є.А. Шур, М.А. Чернишов, О.О. Шехватов, М.І. Кулагін, В.С. Лисюк, С.А. Колотушкін, В.А.Рейхарт, М.Х. Ахметзянов, А.Ю. Абдурашитов.
На протязі близько 80 років спостереження та дослідження за роботою рейок в колії, велика кількість експериментальних і полігонних випробувань дозволили виділити найбільш важливі фактори, які впливають на термін служби рейок, на їх опірність різного роду дефектам та пошкодженням. Це дозволило запропонувати гіпотези щодо появи і розвитку дефектів контактно-втомлювального походження.
Згідно до [39] всі дефекти та пошкодження рейок класифікуються тризначним кодом. Перша цифра вказує на вид дефекту а також на його розташування до поперечного перерізу рейки. Тобто умовно все дефекти умовно розподілено по трьом зонам пошкодження поперечного перерізу рейки: перша - дефекти та пошкодження головки рейки, друга - дефекти та пошкодження шийки рейок, третя - дефекти та пошкодження підошви рейок.
Дефекти та пошкодження, які виникають у вищенаведених зонах поперечного перерізу рейок мають різні причини та механізми появи та розвитку. Тому вивчення причин появи, а в окремих випадках уточнення кінетики дефектоутворення, повинно стати першочерговою задачею при плануванні заходів щодо їх попередження.
Усі існуючі гіпотези можливо умовно розподілити на дві великі групи. В основу першої групи теорій в якості основних причин появи дефектів контактно-втомлювального походження закладено вплив металургійних факторів, в основу іншої - вплив експлуатаційних факторів.
Слід підкреслити, що цей розподіл носить доволі умовний характер, оскільки в теоріях як першої так і другою групи спостерігається прагнення комплексного пояснення причин виникнення дефектів контактно-втомлювального походження, що знаходить підтвердження у сучасних дослідженнях.
2.1 Вплив металургійних факторів на робочий ресурс рейок
Одна з перших гіпотез о причинах виникнення та розвитку дефектів контактно-втомлювального походження, що була опублікована, належить професору Н.Т. Матюшину [74]. Пізніше вона була розширена Г.М. Шахунянцем у [105]. Основна думка полягає в тому, що в процесі твердіння рейкової сталі в головках рейок виникають неоднорідності у вигляді ліквацій та газових міхурів, а також шлаковин, плен та інших забруднювачів металу. Пізніше цю теорію експериментально підтвердив Р.С. Ніколаєв [76]. Йому ж належить і гіпотеза про перетворення в рейках тріщин контактно-втомлювального характеру у поперечні.
П.П. Петросян і Г.Д. Гиренко [81] показали, що основним процесом на контактній поверхні в головці рейки на глибині 3-5мм є пластична деформація, а наявність зневуглецьованого шару (за їх дослідженнями до 0,72мм) на поверхні кочення вже у перший період роботи рейок змінює характер та інтенсивність пластичної деформації, що викликає несприятливий перерозподіл контактних напружень. Це призводить до прискорення елементарних зсувів в мікрооб`ємах металу головки, що в свою чергу і спричиняє появу та розвиток дефекту за рисунком 11. Наявність неметалевих включень прискорює появу цього дефекту. На наявність зневуглецьованого шару, який сприяє інтенсивному "наклепу" та відшаруванню пере наклепаних ділянок поверхні кочення вказували Г.Е. Андрєєв і А.Е. Коромін [9].
Думка В.Н. Данилова [26] полягає в тому, що темні плями на боковій викружці рейки виникають в результаті накопичення залишкових деформацій у поверхневому шарі металу Виникає явище "наклепу" та деякій глибині від поверхні кочення виникає тріщина. Наявність зневуглецьованого шару і є фактором, що сприяє розвитку тріщини. Для запобігання дефектів слід, на думку автора, збільшити межу текучості рейкової сталі до таких значень, щоб виключити можливість пластичної деформації або локалізувати її тільки поверхнею кочення.
А.В. Котов та інші [54] основною причиною дефекту за рисунком 11 вважають структурні зміни поверхневих шарів металу головки рейки в результаті теплової дії при ковзанні коліс по рейках. Білий шар металу, що виникає при цьому, різко відрізняється за своїми якостями від основного металу рейки і служить першопричиною поверхневих викришувань.
Ця думка (вплив зневуглецьованого шару та загартованого на мартенсит білого шару) не підтверджуються дослідженнями Л.М. Школьника [110], згідно яких глибина зневуглецьованого шару зазвичай не перевищує 0,2-0,3 мм і не підлягає порівнянню із глибиною розшарування 3-6 мм. Сам Л.М. Школьник говорить, що "Образование выщербин сбоку головки рельса связано с действием повышенных контактных напряжений, вызывающих появление внутренних усталостных трещин в материале рельса. При своем дальнейшем развитии они выходят на поверхность и образуют расслоения и выщербины. Загрязне
- Київ+380960830922