THE CURRENT STATE OF METHODS FOR IMPROVING THE MECHANICAL CHARACTERISTICS AND OPERATIONAL RELIABILITY OF RAILWAY WHEELS
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-6-5-17Keywords:
railway wheels, wheel–rail system, operational reliability, microalloying, surface hardeningAbstract
The article examines the current problem of ensuring the reliability and safety of railway transport, provides an analysis of the state and an analytical review of modern research in the field of metallurgy of wheel steels and interaction processes in the wheel–rail system, methods for improving the mechanical properties and increasing the operational reliability of railway wheels. The interaction of the elements in the wheel–rail system has been examined as a key link in load transmission. It also acts as a factor ensuring the safety and efficiency of railway transportation under conditions of increasing loads and higher rejection rates of wheels for current uncoupling repairs, followed by wagon downtime. In addition, the key factors determining the choice of material for railway wheels have been considered. The main types of contact fatigue defects have been analysed. The features of the structure and defect formation, determined both by the initial chemical composition of the steel and by the technologies of smelting, modification, microalloying, and thermomechanical processing, have been studied. It has been established that structural contact-fatigue defects that arise under combined friction mechanisms, cyclic loads and increased stress concentrations at the boundaries of inclusions are particularly dangerous. The influence of differences in the production technology of railway wheels and rails from continuously cast billets on the formation of structural heterogeneity and properties of the finished product is analysed. The main causes of failures of car wheel pairs associated with wear, contact-fatigue damage and brittle fracture are shown. The main ways to increase the operational reliability of railway wheels include improving the metallurgical quality of steel: reducing segregation, the number of brittle inclusions, and gas saturation, as well as using modern complex microalloying and modification systems. Additionally, it is important to monitor the kinetics of phase transformations during heat and mechanical treatment, develop methods of local hardening, and introduce digital models for assessing service life and predicting the occurrence of defects.
References
Cong T., Jiang B., Zou Q., Yao S. Influence of microalloying on the microstructures and properties of spalling-resistant wheel steel // Materials (Basel). 2023. V. 16, № 5. 1972. DOI: 10.3390/ma16051972.
Donzella G., Mazzù A., Petrogalli C. Competition between wear and rolling contact fatigue at the wheel–rail interface: some experimental evidence on rail steel // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. 2009. V. 223, № 1. P. 31–44. DOI: 10.1243/09544097JRRT161.
Ekberg A., Åkesson B., Kabo E. Wheel/rail rolling contact fatigue. Probe, predict, prevent // Wear. 2014. V. 314, Iss. 1–2. P. 2–12. DOI: 10.1016/j.wear.2013.12.004.
Saxena A., Kumar A., Herbig M. etc. Micro fracture investigations of white etching layers// Materials & Design. 2019. V. 180. 107892. DOI: 10.1016/j.matdes.2019.107892.
Tunna J., Sinclair J., Perez J. A review of wheel wear and rolling contact fatigue // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. 2007. V. 221, № 2. P. 271–289. DOI: 10.1243/0954409JRRT72.
Романенко В. П., Фомин А. В., Крискович С. М. и др. Применение полых заготовок для производства железнодорожных колес и полых вагонных осей способом винтовой прошивки // Металлург. 2024. № 6. С. 28–32. DOI: 10.52351/00260827_2024_6_28.
Ekberg A., Sotkovszki P. Anisotropy and rolling contact fatigue of railway wheels // International Journal of Fatigue. 2001. V. 23, Iss. 1. P. 29–43. DOI: 10.1016/S0142-1123(00)00070-0.
Sawley K. J. Railway wheelset metallurgy // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Railway Division Wheelset Seminar, March 1989. – 12 p.
Pan X., Su H., Sun C., Hong Y. The behavior of crack initiation and early growth in high-cycle and very-high-cycle fatigue regimes for a titanium alloy // International Journal of Fatigue. 2018. V. 115. P. 67–78. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2018.03.021.
Chang Y., Zheng L., Pan X., Hong Y. Further investigation on microstructure refinement of internal crack initiation region in VHCF regime of high-strength steels // Frattura ed Integrità Strutturale. 2019. V. 49, Iss. 13. P. 1–11. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.49.01.
Фомин А. В. Исследование формоизменения заготовки, полученной винтовой прошивкой, для производства железнодорожных колес: автореф. дис. ... канд. техн. наук. — М., 2015. — 23 с.
Lonsdale C., Norton M., Osuch K., Wood L. G. Worldwide application of cast steel wheel technology for the global railway industry // Proceedings of 16th International Wheelset Congress, Cape Town, 14–18 March, 2010. P. 38–41.
Ливанова Н. О. Закономерности замедленного хрупкого разрушения высокоуглеродистого закаленного мартенсита в рельсовой и колесной стали: дис. … канд. техн. наук. — М., 2025. — 130 с.
Иванов П. П., Исакаев Э. Х., Изотов В. И. и др. Эффективный способ поверхностного упрочнения железнодорожных колес // Сталь. 2000. № 1. С. 63–66.
Исакаев М.-Э. Х., Ильичев М. В., Тюфтяев А. С., Филиппов Г. А. Особенности структурообразования и формирования свойств при плазменной обработке углеродистой стали // Материаловедение. 2003. № 2. С. 52–55.
Ильичев М. В., Тюфтяев А. С., Ливанова О. В., Филиппов Г. А. Влияние технологических параметров плазменной обработки на формирование структуры и свойств стали типа 60Г // Металлург. 2008. № 10. С. 59–62.
Gontaruk E. I., Il'ichev M. V., Isakaev E. Kh. etc. New plasma technology for surface hardening of steel products // Сталь. 2002. № 6. С. 78–81.
Разумов А. С., Брюнчуков Г. И., Сухов А. В. и др. Анализ влияния градиента твердости в ободьях цельнокатаных колес на показатели их эксплуатационной надежности // Сталь. 2015. № 5. С. 76–81.
Иванов Б. С., Филиппов Г. А., Демин К. Ю. и др. Модифицирование колесной стали азотом // Сталь. 2007. № 9. С. 22–26.
Богословский Р. А., Нарусова Е. Ю. Влияние комплекса характеристик высокоуглеродистой колесной стали на процесс износа колесных пар подвижного состава железных дорог // Транспорт. Экономика. Социальная сфера (Актуальные проблемы и их решения): сборник статей XII Международной научно-практической конференции, 16–17 апреля 2025. — Пенза, 2025. С. 20–24.
Абесадзе Г., Немененок Б. М., Румянцева Г. А. и др. Повышение эффективности микролегирования стали борсодержащими сплавами // Литье и металлургия. 2023. № 4. С. 66–71.
Филиппов Г. А. Перспективные технологии производства металлопродукции для железнодорожного транспорта // Металлург. 2004. № 9. С. 55–58.
Zani N., Petrogalli C. Predictive maps for the rolling contact fatigue and wear interaction in railway wheel steels // Wear. 2022. V. 510–511. 204513. DOI: 10.1016/j.wear.2022.204513.
Mohrbacher H. The effects of niobium microalloying in second generation advanced high strength steels // Conference: Taiwan 2008 International Steel Technologies Symposium, 2008. — 12 p.
Bayer R. G. Mechanical Wear Fundamentals and Testing. 2nd ed. — Boca Raton: CRC Press, 2016. — 576 p.
Tawfik M. N., Padzi M. M., Abdullah S. etc. A review of the rolling contact fatigue of rail wheels under various stresses // Journal of Failure Analysis and Prevention. 2023. V. 23. P. 16–29. DOI: 10.1007/s11668-022-01568-6.
Гетманова М. Е., Илюхин Д. С., Никулин А. Н. и др. Оценка комплекса свойств железнодорожных литых колес класса B на соответствие требованиям ГОСТ 10791 // Техника железных дорог. 2019. № 1 (45). С. 56–61.
Мишин В. М., Филиппов Г. А. Физика замедленного разрушения сталей: монография. — Минеральные Воды: Минераловодская типография, 2013. — 455 с.
Маркин В. С., Филиппов Г. А., Шишов А. А. Состояние перспективы колесопрокатного производства // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2013. № 2 (1358). С. 12–20.
Sinel'nikov V. A., Filippov G. A., Sakharnov A. A. Technological aspects of improving the competitiveness of products of iron and steel industry // Металлург. 1998. № 7. С. 25, 26. EDN: MPAXFT.
Гетманова М. Е., Ливанова О. В., Никулин А. Н. и др. Влияние термической обработки на структуру и механические свойства колесной стали // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2022. № 1. С. 19–28. DOI: 10.54826/19979258_2022_1_19.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Ferrous Metallurgy. Bulletin of Scientific , Technical and Economic Information
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
