Registration Number
0826U004680, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
30-09-2026
popup.evolution
.
Title
Regularities of the Influence of Structural Heterogeneity and Hot Plastic Deformation of Hypoeutectoid Steel on the Reliability of Railway Axles
Author
Olena A. Podolska,
popup.head Ganna A. Kononenko
popup.opponent Volodymyr M. Volchuk
popup.opponent Serhii O. Fedoriachenko
popup.review Ihor M. Chuiko
popup.review Olena Y. Baranovska
popup.rada
Institute of Ferrous Metallurgy. ZI Nekrasov of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей формування структурної неоднорідності осьових вуглецевих сталей, дослідженню її успадкування на різних стадіях технологічного процесу виробництва залізничних осей та оцінюванню впливу хімічного складу, гарячої пластичної деформації й термічної обробки на структуру, механічні властивості та втомну довговічність металу.
Актуальність роботи визначається необхідністю підвищення експлуатаційної надійності залізничних осей, які належать до найбільш відповідальних деталей рухомого складу та працюють в умовах багатоциклового навантаження. Сучасні вимоги міжнародних стандартів до якості осьових сталей постійно зростають, що потребує поглибленого дослідження процесів формування мікроструктури металу, причин виникнення структурної неоднорідності та їх впливу на механічні характеристики і втомну міцність готових виробів.
У роботі проведено комплексний аналіз сучасного стану досліджень, присвячених формуванню структури, властивостей та забезпеченню надійності осьових сталей. Виконано порівняльний аналіз вимог національних і міжнародних нормативних документів (ДСТУ ГОСТ 31334:2009, ДСТУ EN 13261:2022, AAR M-101-2016 та інших), що регламентують хімічний склад, механічні властивості, металургійну чистоту та експлуатаційну надійність залізничних осей. Показано, що найбільш жорсткі вимоги до металургійної чистоти та допустимого рівня неметалевих включень встановлені європейськими стандартами, що пов’язано із забезпеченням високої втомної довговічності виробів.
За результатами аналізу літературних джерел встановлено, що структурна неоднорідність формується ще під час кристалізації металу внаслідок дендритної ліквації, мікросегрегації легувальних елементів та будови кристалів нових фаз. Незважаючи на подальшу гарячу пластичну деформацію, повне усунення спадкової неоднорідності досягається не завжди. Саме залишкові прояви ліквації істотно впливають на кінцеву мікроструктуру, механічні властивості та опір металу втомному руйнуванню. При цьому встановлено недостатню дослідженість спільного впливу співвідношення вмісту марганцю та кремнію на формування структурної неоднорідності осьових сталей, що стало підставою для проведення даного дослідження.
Для досягнення поставленої мети сформовано комплекс сучасних експериментальних та розрахункових методів дослідження. Виплавку дослідних плавок здійснювали методом переплавлення в індукційній печі без примусового окислення домішок. Металографічні дослідження виконувались із застосуванням оптичної та растрової електронної мікроскопії. Кількісний аналіз мікроструктури проводився з використанням програмного забезпечення ImageJ, статистичну обробку результатів виконували у середовищі OriginLab, а моделювання фазових перетворень під час кристалізації – із застосуванням програмного комплексу ThermoCalc. Механічні властивості визначали відповідно до вимог чинних стандартів. Додатково використано методику аналізу міжатомної взаємодії на основі концепції спрямованого хімічного зв’язку, що дозволило оцінити комплексний вплив хімічного складу на структурний стан і властивості осьових сталей.
У роботі виконане комплексне дослідження закономірностей формування мікроструктури осьових сталей у литому стані, після гарячої пластичної деформації та після завершальної термічної обробки. Проведено кількісне визначення співвідношення фериту і перліту, досліджено зміну твердості залежно від стану металу (литий, деформований, термічно оброблений стан) та встановлено взаємозв’язок між хімічним складом та параметрами мікроструктури.
Підтверджено, що загалом зі збільшенням вмісту вуглецю збільшується кількість перлітної фази, але у литому сталі спостерігали певне плато в області 0,48-0,56%, після пластичної деформації тенденція до збільшення кількості перліту проявляється сильніше, але має певний розкид значень. У стані після термічної обробки кількість перліту збільшується, ця закономірність стає більш стабільною. Чітких залежностей, щодо впливу кремнію та марганцю не спостерігається. Виявлено взаємозв’язок між вмістом ванадію та формуванням перлітної складової після гарячої пластичної деформації й термічної обробки. Показано неоднозначний вплив алюмінію на кількість фериту залежно від конкретного хімічного складу сталі.
Аналіз впливу міжатомної взаємодії на твердість дослідних сталей показав існування характерної області значень параметра ZY (1,20-1,21), у межах якої змінюється характер взаємозв’язку між структурним станом металу та його твердістю після різних технологічних операцій. Отримані результати підтверджують доцільність використання параметрів міжатомної взаємодії як додаткового критерію прогнозування властивостей осьових сталей.
Отримані результати дозволили встановити закономірності формування та трансформації мікроструктури осьових сталей залежно від співвідношення базових хімічних елементів, а також показали, що від литого стану до завершальної термічної обробки спостерігається закономірне підвищення механічних властивостей.
Registration Date
2026-08-18
popup.nrat_date
2026-08-18 / 2026-09-30
