Розробка технології ремонту чавунних фрикційних клинів візків вантажних вагонів

Abstract

UA: Дисертацію присвячено питанню пошуку нових ефективних, менш витратних підходів до підвищення зносостійкості та ресурсу деталей вагонів, які відповідають за безпечне перевезення вантажів, а саме фрикційних клинів. Такі деталі вагонних візків є важливим елементом безпеки руху. Фрикційні клини виготовляються з сірого чавуну з пластичним графітом, при експлуатації в результаті зносу виходять з ладу, відновлення геометричних розмірів не передбачено існуючою нормативною документацією через відсутність відповідної технології, а клини підлягають утилізації. З урахуванням вартості цих деталей і дефіциту їх поставок в умовах вагонних депо постає питання про необхідність їх відновлення зі збереженням структурно - фазового складу. У роботі згідно з методологічним підходом проведено статистичні дослідження та виявлено причини виходу з ладу у зв’язку зі зносом фрикційних клинів вантажних вагонів. Проаналізовано існуючі технології відновлення чавунних деталей не тільки геометричних розмірів, але і збереженням структурно - фазового складу матриці. Виявлена можливість використання водяно- мідного солевого розчину в якості насичуючого середовища для формування перехідного шару покриття на поверхні чавуну, щоб захистити його від зневуглення при подальшому відновленні геометричних розмірів. У результаті лабораторних досліджень визначено раціональні технологічні параметри формування покриття, а також встановлено взаємозв’язок між технологічними параметрами зі зносостійкістю покриття та з відновленими геометричними розмірами. Встановлено, що покриття має у своєму складі оксид заліза, міді та сульфідів заліза і міді. Такий склад покриття утворюється в результаті взаємодії дифузії, що забезпечує адгезію між основним металом і відновленим шаром. Ефективність технології підтверджена детальним аналізом структуроутворення з використанням комплексних досліджень на основі експериментальних та експлуатаційних досліджень. На основі теоретичних і експериментальних досліджень розроблено комплексну технологію відновлення, що включає хіміко-термічну обробку у водяному розчину солей міді для формування перехідного шару з подальшим відновлення геометричних розмірів чавунних деталей, що забезпечує підвищення зносостійкості та працездатності. RU: Диссертация посвящена вопросу поиска новых эффективных, менее затратных подходов к повышению износостойкости и ресурса деталей вагонов, а именно фрикционных клиньев, которые отвечают за безопасную перевозку грузов. Такие детали вагонных тележек являются важным элементом безопасности движения. Фрикционные клинья изготавливаются из серого чугуна с пластичным графитом, в период эксплуатации в результате износа выходят из строя, восстановление геометрических размеров не предусмотрено существующей нормативной документацией из-за отсутствия соответствующей технологии, а клинья подлежат утилизации. С учетом стоимости этих деталей и дефицит их поставок в условиях вагонных депо возникает вопрос о необходимости их восстановления с сохранением структурно - фазового состава. В настоящее время не существует технологии восстановления геометрических размеров изношенных чугунных фрикционных клиньев с сохранением структурно - фазового состава матрицы чугуна. Поэтому направление разработки по обеспечению эксплуатационных свойств восстановленных деталей относится к актуальным.

Целью проведения исследований было выполнение анализа методов оценки условий работы, износостойкости и требований, предъявляемых в соответствии с требованиями существующих руководящих документов АТ «Укрзализныця» к деталям пружинно-фрикционного комплекта тележки грузовых вагонов. Исследованы особенности износа и разрушения чугунных деталей и существующие способы их восстановления. Разработан способ восстановления чугунных деталей за счет формирования переходного слоя (металл-переходный слой-покрытие). Определена зависимость между параметрами технологического процесса восстановления и износостойкости деталей. Исследована и определена эффективность разработанного способа ремонта чугунных деталей. Определена технико-экономическая целесообразность использования комплексной технологии восстановления, как способа совершенствования процесса ремонта вагонов в целом. На первом этапе согласно методологическому подходу проведены статистические исследования и выявлены причины выхода из строя грузовых вагонов в связи с износом чугунных фрикционных клиньев с пластинчатой формой графита. Проанализированы существующие технологии восстановления чугунных деталей не только геометрических размеров, но и с сохранением структурно - фазового состава матрицы. Исследованиями было установлено, что при наплавке изношенного поверхностного слоя на поверхности клина образуется слой, который негативно влияет на адгезию основного металла с восстановленным слоем. Восстановленный слой отличается от основного металла. Чтобы избежать этого явления, необходимо было разработать технологию восстановления геометрических размеров с сохранением структуры чугуна. Инновационно технология должна была обеспечить формирование переходного слоя (основа - покрытие - восстановленный слой). Но в настоящее время такой технологии не существует, изношенные фрикционные клинья утилизируются и заменяются новыми. На втором этапе исследования была выявлена возможность использования водно-медного солевого раствора в качестве насыщающей среды для формирования переходного слоя покрытия на поверхности чугуна, чтобы защитить его от обезуглероживания при дальнейшем восстановлении геометрических размеров. В результате лабораторных исследований определены оптимальные технологические параметры формирования покрытия, а также установлена взаимосвязь между технологическими параметрами с износостойкостью покрытия и восстановленными геометрическими размерами. Установлено, что покрытие имеет в своем составе оксид железа, меди и сульфидов железа и меди. Такой состав покрытия образуется в результате взаимодействия диффузии, что обеспечивает адгезию между основным металлом и восстановленным слоем. Эффективность технологии подтверждена детальным анализом структурообразования с использованием комплексных исследований на основе экспериментальных и эксплуатационных исследований. EN: The thesis is devoted to the search for new, effective, less costly approaches to increasing the wear resistance and resource of car parts, which are responsible for the safe transportation of goods, namely, friction wedges. Such parts of freight car bogies are an important element of traffic safety. Friction wedges are made of gray cast iron with ductile graphite; during operation, they fail as a result of wear, restoration of geometric dimensions is not provided for by the existing regulatory documentation due to the lack of appropriate technology, and the wedges must be disposed of. Taking into account the cost of these parts and the shortage of their production in the conditions of car depots, the question arises of the need to restore them while maintaining the structural phase composition. In the work, according to the methodological approach, carried out statistical studies and identifying the causes of failure due to wear of the friction wedges of freight cars. The existing technologies for the restoration of cast iron parts, not only of geometric dimensions, but with the preservation of the structural and phase composition of the matrix, are analyzed. The possibility of using a water-copper salt solution as a saturating medium for the formation of a transitional coating layer on the surface of cast iron in order to protect it from decarbonization during further restoration of geometric dimensions has been discovered. As a result of laboratory studies, the optimal technological parameters of coating formation have been determined, and a relationship has been established between technological parameters with the wear resistance of the coating and with the restored geometric dimensions. It is found that the coating contains iron oxide, copper oxide and iron and copper sulfides. This coating composition is formed by a diffusion interaction that provides adhesion between the base metal and the reconstituted layer. The effectiveness of the technology is confirmed by a detailed analysis of structure formation using complex studies based on experimental and operational studies. On the basis of theoretical and experimental studies, a complex reduction technology has been developed, which includes chemical-thermal treatment in an aqueous solution of copper salts to form a transition layer with subsequent restoration of the geometric dimensions of cast iron parts, which provides an increase in wear resistance and performance.