Разработка основ и комплекса методов повышения износостойкости и эксплуатационного ресурса рельс, технологической оснастки и элементов машин из средне и высоко углеродистых сталей

Области применения:

Машиностроение

Краткое описание инновации

Разработаны  технологии и комплексы технологий из комбинированных методов обработки оснастки и элементов конструкций : рельсов (газоплазменной обработкой, наплавлением и поверхностной пластичной обработкой), режущих элементов вырубных штампов(электроискровым легированием и пластической деформацией), чеканочных штампов(термомеханической и ионо - плазменной обработкой).

Новизна инновации

В связи из увеличением скоростей движения железнодорожного транспорта, относительных перемещений поверхностей трения деталей оборудования, увеличения удельных нагрузок, наличие абразива приводит к необходимости создания новых способов обработки (упрочнения) рабочих поверхностей, технологий восстановления геометрических размеров изношенных деталей, выбора комплекса технологий с целью повышения ресурса эксплуатации оснастки, машин и механизмов и  рельсов колеи и колес железнодорожного транспорта.

Проблема усложняется большими размерами конструктивных элементов, например, изношенные поверхности рельсов достигают десятка метров, что усложняет обеспечение качества и контроля, а при ручной обработке приводит к низкой производительности труда и качества. Преимущество предложенной разработки перед другими заключается в комплексном подходе, например, сначала эксплуатации рельс-остряков  - повышение износостойкости нанесением износостойких покрытой, в дальнейшем - восстановление наплавлением аустенитных композиций и поверхностным пластическим деформированием, что позволит повысить их ресурс эксплуатации в несколько раз.       Накопленный опыт позволяет создание, как стационарных комплексов упрочнения и восстановления поверхностей рельсов, так и передвижных на базе транспортных средств, которые позволят обрабатывать наиболее изношенные участки колеи без демонтажа. Комплексная обработка восстановления поверхностей трения включает их наплавление, механическую обработку и пластическое деформирование обкаткой и нанесение покрытий. В этой связи разработаны основы, технологии и механизированной комплексы повышения износостойкости трудно нагруженных узлов трения машин, рабочих элементов штампов, рельсов и колесных пар на стадии эксплуатации и их восстановления методами наплавления.

Описание проблемы

Восстановление изношенных поверхностей сталкивается со значительными трудностями. При термическом действии источника нагрева в процессе  восстановления поверхностей наплавлением происходят полиморфные превращения с возникновением структур мартенситного типа. Возникают структурные напряжения, которые являются причиной возникновения холодных трещин  вблизи зон сплавления. Избежать холодных трещин возможно предварительным подогревом или, как показывают проведенные исследования, наплавлением композиций на основе марганцевого и хромомарганцевого аустенита, который склонен к деформационному упрочнению и фазовому наклепу.          Предыдущие исследования показывают эффективность такого наплавления при условиях трения металла по металлу при ограниченном смазывании и действии высоких нагрузок, но необходима оптимизация  их физико-механических характеристик, решение проблемы финишной обработки поверхностей после наплавления.

Наработки в направлении повышения ресурса эксплуатации, например рельсов и колесных пар электровозов, носят комплексный характер - от повышения износостойкости нанесением покрытой газоплазменным способом, электроискровым легированием, к восстановлению изношенных поверхностей путем наплавления аустенитных композиций, например на рейках-остряках, на режущих элементах штампов.

Стадия разработки

Прототип с успешными лабораторными испытаниями

Разработка завершена с подтвержденными результатами

Потенциальные потребители

Разработка имеет большие объемы внедрения (десятки млн долларов) в Укрзализници и на железной дороге Казахстана при эксплуатации колес локомотивов,  рейок-гострякив, стрелочных переходов и рельсов кривых участков.

•          На сегодня эксплуатационные расходы на поддержание надлежащего состояния железнодорожного пути Укрзализници достигают 7 млрд. грн. в год.

•          Выполнение всех работ будет происходить в автоматическом и механизированном режимах, что повысит производительность труда, качество изделий и уменьшит эксплуатационные расходы.