Influence of thermophysical processes occurring in the zone of moving contact on the mechanical properties of the surface layer of materials

Authors

  • В.П. Франчук Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • Д.В. Лаухін Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • К.А. Зіборов Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • Н.О. Ротт Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • С.О. Федоряченко Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author

DOI:

https://doi.org/10.33271/crpnmu/65.118

Keywords:

surface layer, temperature, friction pair, movable contact, structural state, heat treatment, mechanical properties

Abstract

Purpose. Determination of mechanical properties of the surface layer of materials and physical processes occurring in the zone of frictional interaction of the wheel-rail pair. The methods. On the basis of theoretical studies of the parameters of the movement of a vehicle along a rail track, a mathematical model of the interaction of a wheel and a rail on an elementary contact area in the presence of normal and tractive effort is formulated.The nature of the change in the phase composition and the heterogeneity of the structural state, which can lead to a decrease in the mechanical properties of a wheel-rail pair and a decrease in the overall operational reliability of these products, have been investigated. The structural state of the wheel rim after various modes of heat treatment has been investigated. A mode of heat treatment is proposed, which consists in differential cooling of the wheel rim on a vertical hardening machine with a change in the intensity of heat removal, which makes it possible to obtain a homogeneous structure over the section of the wheel rim, as well as to increase its mechanical characteristics. Findings. When bodies interact with a moving contact point, it is necessary to take into account the physical and mechanical properties of the surface layers, which differ from the properties of a material located at a considerable distance from its surface. This difference arises as a result of chemical and structural transformations, mechanical and thermal effects, wear and contact fatigue of the surface materials of the wheel-rail friction pair. The modes of heat treatment are proposed, which provide structural homogeneity and improve the mechanical properties of the wheel rim. Practical implications. A dependence is obtained that describes the change in the average temperature in the contact patch of a wheel-rail pair on the speed of a rail vehicle. The current value of the elastic modulus of the friction pair material is determined as a function of the contact time. The modes of heat treatment of steels are described, which make it possible to obtain chemical uniformity over the section.

References

1. Чичинадзе, А.В.(2001). Основы трибологии (трение, износ, смазка). Машиностроение.

2. Крагельский, И. В. (1968). Трение и износ . Машиностроение.

3. Франчук, В.П., & Зіборов, К.А. (2017). Взаємодія тіл з рухомою точкою контакту . НГУ.

4. Демкин, Н.Б. (1962). Фактическая площадь касания твердых поверхносте й. Изд. АН СССР.

5. Беляев, Н. М. (1976). Сопротивление материалов . Наука.

6. Минов Д. К. (1965). Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей. Транспорт.

7. Костюкевич, А.И. (2011).Экспериментальное исследование коэффициента трения при качении со скольжением. Вісник СНУ ім. В. Дал , 4 (158),14-19.

8. Бабаченко, О. І., Кононенко, Г. А., Рослик, О. В., Майстренко, К. М., & Подольський, Р. В. (2020). Розробка сталей для металопродукції залізничного призначення: монографія . Домінанта-принт.

Published

2020-01-01

Issue

Section

Статті