СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ УЛУЧШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-6-5-17Ключевые слова:
железнодорожные колеса, система «колесо – рельс», эксплуатационная надежность, микролегирование, поверхностное упрочнениеАннотация
В статье рассмотрена актуальная проблема обеспечения надежности и безопасности работы железнодорожного транспорта, выполнен анализ состояния и аналитический обзор современных исследований в области металлургии колесных сталей и процессов взаимодействия в системе «колесо – рельс», методов улучшения механических свойств и повышения эксплуатационной надежности железнодорожных колес. Рассмотрено взаимодействие элементов системы «колесо – рельс» как ключевого звена передачи нагрузок, а также фактора обеспечения безопасности и эффективности железнодорожных перевозок в условиях возрастающих нагрузок и повышенной отбраковки колес под текущий отцепочный ремонт с последующим простоем вагонов. Также рассмотрены ключевые факторы, определяющие выбор материала для железнодорожных колес, основные виды контактно-усталостных дефектов, особенности структуры и дефектообразования, определяемые как исходным химическим составом стали, так и технологиями выплавки, модифицирования, микролегирования и термомеханической обработки. Установлено, что особую опасность представляют структурные контактно-усталостные дефекты, зарождающиеся при комбинированных механизмах трения, циклических нагрузках и повышенных концентрациях напряжений на границах включений. Проанализировано влияние различий в технологии производства железнодорожных колес и рельсов из непрерывнолитой заготовки на формирование структурной неоднородности и свойств готовой продукции. Показаны основные причины отказов колесных пар вагонов, связанные с износом, контактно-усталостными повреждениями и хрупким разрушением. Подробно рассмотрены основные существующие пути повышения эксплуатационной надежности железнодорожных колес: улучшение металлургического качества стали, снижение ликвации, количества хрупких включений и газонасыщенности, применение современных комплексных систем микролегирования и модифицирования, контроль кинетики фазовых превращений при термо- и механообработке, развитие методов локального упрочнения, внедрение цифровых моделей для оценки ресурса и прогнозирования зарождения дефектов.
Библиографические ссылки
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.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
