1.8.5. Зношення від втоми й руйнування

Зношення й руйнування деталей, що відбуваються під дією динамічних навантажень, які щоциклічно змінюються в часі, і зародження, що проявляються у формі, і розвитку тріщин, відносяться до зношень від втоми. Явище утоми матеріалів проявляється лише у випадках зовнішнього навантаження конструкції, що приводить до появи в її елементах знакозмінних або пульсуючих напруг (у першому випадку змінюється в часі знак, а іноді амплітуда напруг, у другому - тільки амплітуда).

Особливістю руйнування від втоми деталей є те, що під впливом зазначених вище режимів навантаження в матеріалі деталі з'являються мікроскопічні тріщини (0,1...0,5 мм), які із часом розвиваються, досягаючи критичної величини. Період роботи деталі від виникнення першої мікроскопічної тріщини до остаточного руйнування називають живучістю деталі.

Виникнення тріщин властиво значної частини деталей і складальних одиниць вагонів, отриманих різними технологічними методами (литі бічні рами візків, корпуса автозчепів, поглинаючих апаратів і букс, колеса, осі, зварні вузли рами й кузова й ін.). Тріщини утоми зароджуються й розвиваються, як правило, на ділянках, що мають концентрацію напруг. Як концентратори напруг можуть виступати неметалічні включення й ливарні дефекти, нерівності грубо обробленої поверхні, необґрунтовані посилення зварних швів, підрізи основного металу в зонах зварювання, випадкові опіки електродом й ін. Руйнування від втоми відповідальних деталей вагонів можуть привести до аварійних ситуацій, тому завдання підвищення опору втоми є досить актуальною.

1.8.6. Технологічні методи підвищення опору втоми

Одним з найпоширеніших методів підвищення опору втоми є одержання на поверхні деталі зміцненого шару (наклепу), створюваного шляхом місцевого пластичного деформування матеріалу. Для деталей циліндричної форми (осі) звичайно застосовують накатку відповідальних поверхонь сталевими роликами. Деталі складної форми (пружини, листи ресор й ін.) обробляють сталевим дробом у дробометних камерах. Параметри режимів обробки (геометрія ролика, сила притиснення його до деталі, швидкість обертання деталі, швидкість переміщення ролика, розміри дробу, її швидкість до моменту удару) звичайно визначають дослідним шляхом.

Позитивна роль поверхневого пластичного деформування виявлена стосовно до латунних сепараторів буксових роликових підшипників (латунь ЛС59-1), які часто виходять із ладу по тріщинах у кутах вікон. Холодна деформація кутів вікон спеціальним протяганням з деформуючими зубами дозволила до трьох разів підвищити кількість циклів навантаження до появи тріщин утоми.

Для підвищення опору утоми зварних конструкцій можна рекомендувати застосування наступних технологічних методів: термічна обробка зварного технологічного вузла, механічна й аргонодугова обробка зварних швів й околошовної зони, наклеп багатобойковими зміцнювачами.

Термічна обробка (отжиг, нормалізація) як спосіб підвищення опору утоми дає позитивний результат при застосуванні її в технологічних процесах виготовлення досить складних зварних товстостінних конструкцій (зварні рами візків, надресорні балки й ін.). Отжиг зварної конструкції дозволяє практично повністю зняти залишкові напруги, обумовлені усадкою зварних швів. Відзначимо, що термічна обробка не дозволяє усунути деформації зварної конструкції, викликані залишковими напругами.

Механічна обробка зварних швів й околошовної зони різальним інструментом (абразивні кола, фрези) виконується на мінімальну глибину (до 3 % товщини оброблюваного елемента), необхідну для обов'язкового зняття поверхневого шару металу на всій довжині лінії сплавки в зоні обробки з метою одержання чистої, блискучої поверхні й плавних переходів від металу шва до основного металу. Оброблена поверхня не повинна мати рисок, розташованих поперек напрямку зусиль, що діють в елементі при його роботі, а також надрізів і слідів підрізів по границях шва, що виходять на поверхню пор, раковин, шлакових включень. Механічна обробка найбільше доцільна для стикових з'єднань. У цьому випадку обробці піддають перехідну зону шириною не менш 25 мм із утворенням плавного переходу від металу посилення зварного шва до основного металу. Радіуси переходу й вершини посилення повинні бути не менш 15 мм.

Аргонодугова обробка застосовується в основному на границі зварного шва й основного металу з метою створення плавного переходу в цій зоні (рис. 1.15). Такій обробці рекомендується піддавати конструкції зі спокійних і напівспокійних вуглеродистих і низьколегованих сталей. Обробка здійснюється на постійному струмі прямої полярності будь-якими серійними пальниками (ГРА-1, АР-36, ГРА-3 й ін.), призначеними для зварювання вольфрамовими електродами в захисних газах. Як електрод використається пантанирований вольфрам марки ЭВЛ-10, захисним газом служить аргон не нижче другого сорту. Інші відомості про застосовуване обладнання наведені на рис. 1.16.

При обробці конструкцій з товщиною елемента 12 мм і більше оплавлення варто виконувати із введенням у зону дуги дроту Св-08М2С діаметром 1,6...2 мм.

Якість аргонодугової обробки контролюється візуально шляхом зіставлення поверхні з контрольним еталоном. Оброблена поверхня не повинна мати пор, підрізів, грубої чешуйчатості, кратерів, раковин. Оплавлена лінза повинна розташовуватися строго на границі шва й основного металу.

Наклеп многобойковим зміцнювачем. У зварних конструкціях поверхневому наклепу доцільно піддавати місця з концентраторами напруг, в основному границі зварного шва й основного металу. Ширину наклепанной зони з однієї сторони шва приймають у межах 15.. .20 мм. Наклепу можна піддавати й з, що були в експлуатації, якщо в них немає усталостних тріщин.

Рис. 1.15. Форми оплавлених лінз при аргонодугової обробці швів зварних з’єднань:

а-стикових; б-внахлест

Рис. 1.16. Схема підключення обладнання при аргонодугової обробці

зварних швів:

1 — джерело живлення ПСО-500; 2 — баластовий реостат РБ-300; 3 — вимірювальні прилади; 4 — пальник; 5 — оброблюваний вузол;

8 — балон з аргоном

Як інструмент для наклепу використають пневматичні молотки типу 62КМ-6, КМП-13, КМП-31 з енергією удару 4...9 Нм зі спеціальними насадками для кріплення зміцнювача. Зміцнювачами є пучки термообробленой (загартування й відпустка по спеціальних режимах) до твердості HRC 50 дроту діаметром 2...3 мм зі сталі марок 65М, 60С2, П-70. Наклеп виконують при тиску стисненого повітря 0,4.. .0,5 Мпа. Швидкість переміщення інструмента по оброблюваній поверхні 1,5...2,5 мм/с.

Якщо на оброблюваній поверхні є недоступні для інструмента місця у вигляді більших посилень, звисань, підрізів (рис. 1.17), то їх необхідно попередньо підварити або оплавити аргонодуговою обробкою.

Рис. 1.17. Схема усунення недоступних місць при обробці зварних швів

багатобойковим зміцнювачем:

а — звисання; б— усунення підваркою; в — велике посилення й підріз; г — усунення аргонодуговою обробкою; 1 — багатобойкова насадка

Відзначимо, що піддавати наклепу з метою підвищення опору утоми можна тільки конструкції, що експлуатуються в умовах, при яких не відбувається релаксація залишкових напруг (температура не вище 200 °С, що діють напруги нижче границі текучості й ін.). При ремонті наклеп необхідно виконувати тільки після виробництва зварювальних робіт у близько розташованих зонах і виправлення.