3. Результати дослідження та їх обговорення.

Дослідження проводили на фрагментах кузовів вагонів представлених на (рис. 3.1 і 3.2), Інформація про досліджувані фрагменти кузовів вагонів представлена в таблицях 1, і 2.

1. Фрагменти кузовів вагонів, на яких проводились експериментальні дослідження.

Табл. 3.1 Інформація про досліджуваний фрагмент кузова вагона -1.

1	Номер вагона	28403
2	Тип вагон	ЦМВО - плацкарт
3	Завод на якому побудували вагон	Калинин
4	Рік побудови	1987
5	Останній ремонт	ДР 30.11.10 по пробігу ЛВЧД – 1
6	Інформація про технічне обслуговування	ТО – 3 ЛВЧД – 1 Львів 23.05.11 ТО – 2 ЛВЧД – 1 Львів 20.10.11
7	Місце, з якого отриманий фрагмент	Правий бік кузова вагона

Табл.3.2. Інформація про досліджуваний фрагмент кузова вагона – 2.

1	Номер вагона	21075
2	Тип вагон	ЦМВО - плацкарт
3	Завод на якому побудували вагон	Тверь
4	Рік побудови	1995
5	Останній ремонт	КР – 1, 24.04.11
6	Інформація про технічне обслуговування	ТО – 3 ЛВЧД – 1, 13.10.11
7	Місце, з якого отриманий фрагмент	Двері (низ дверей над відкидною площиною)

а

б

Рис 3.1. Досліджуваний фрагмент - 1 кузова вагона:

а – зовнішня сторона; б – обернена сторона.

а

б

Рис 3.2. Досліджуваний фрагмента кузова вагона – 2:

а – зовнішня сторона; б – обернена сторона.

2. Аналіз мікроструктури зразків кузовів вагонів.

Дослідження мікроструктури фрагмента -1 проводили на зразках, які розміщенні безпосередньо в зоні згину кузова на віддалі 60 мм, від зони корозійного враження і на віддалі 120 мм, від зони зварювання ( рис 3.3) а також в зоні корозійного ураження і зварювання.

в

б

д

а

3

1

Рис. 3.3 - Фрагмент -1 кузова пасажирського вагона та зони вирізання зразків для металографічних досліджень: 1, 2, 3 – зразки для замірів твердості; а – зона на віддалі 60мм від зони корозійного ушкодження і 120мм від зони зварювання, б – зона зварного і корозійного ушкодження, в - зона зварного і корозійного ушкодження, г – зона із зварним швом але віддалена від корозійного ушкодження, д – зона корозійного ушкодження віддалена від зони шва.

Аналіз мікроструктури показав присутність перліту і фериту а також, наявність різнозернистості, що характерно для процесів рекристалізації, які проходили при операціях згину (рис 3.4).

Дослідження мікроструктури зразків віддалених від зони зварювання показали, що корозія відбувається як по зернах так і по границях (рис 3.5). Що вказує на вплив процесів пластичної деформації при виготовленні фрагментів кузова вагона на їх пошкодження.

Дослідження зразків фрагмента кузова вагон отриманих із зони зварювання і корозійних ушкоджень показали переважне протікання корозії по границях зерен ( рис 3.7 і рис 3.8), що вказує на значний вплив процесів деформації і зварювання на формуванні корозійних ушкоджень матеріалу кузова.

а

б

в

Рис 3.4 - Мікроструктура зразка фрагмента кузова вагона

(див на рис 3.3 а) віддаленого від зони корозійних ушкоджень і зварювання. х100.

а

б

в

Рис 3.5 - Мікроструктура фрагмента зразка кузова вагона

(див на рис 3.3 д) отриманого із зони деформації і корозійного ураження. х100.

а

б

в

Рис 3.6 – Мікроструктура фрагмента зразка кузова вагона

(див на рис 3.3 в) отриманого із зони деформації і корозійного ураження. х100.

а

б

в

Рис. 3.7 – Мікроструктура зразка фрагмента кузова вагона

(див на рис 3.3 б) в зоні зварювання і корозійного ураження. х100.

а

б

в

Рис 3.8 - Мікроструктура зразка фрагменту кузова вагона

(див на рис 3.3 г ) в зоні зварювання і корозійного ушкодження. х100.

Слід зауважити, що в зоні зварювання і корозійного ушкодження формування пошкоджень почнеться із потрійних зерених стиків, що вказує на активацію в них напружень в умовах обробки тиском.

б

в

а

1

2

Рис. 3.9 - Фрагмент дверей кузова пасажирського вагону та зони вирізання зразків для металографічних досліджень; 1, 2 – зразки для замірів твердості: а – зона вихідної структури; б – зона зварювання і корозійного ушкодження; в – зона віддалення від зварного шва.

Дослідження мікроструктури фрагмента-2 вагона дверей (рис 3.9) проводити на зразках які вирізали із зони розташованої на відстані 30мм від зони зварювання і 50мм від зони корозійного ураження (рис 3.9 а). Проводили також дослідження зразків вирізаних із зони корозійного ураження (рис 3.9 б) а також зони зварювання і корозійного ураження

(рис 3.9 в). Мікроструктура зразків після травлення 4% розчином азотної кислоти в етиловому спирті показано на (рис. 3.10, рис 3.11 і рис 3.12).

Як видно (рис 3.10), структура складається із ділянок фериту і перліту і є типовою для маловуглецевих сталей після прокату. Розподіл вуглецю в структурі є в основному однорідний, але в окремих ділянках виділяються зони вільні від перліту, що вказує на деформування заготовок при температурі менших за АС₃. В той же час в зоні зварювання та корозії пошкодження проходять по границях зерен фериту.

а

б

в

Рис 3.10 – Мікроструктура фрагмента дверей кузова вагона поза межами корозійного ураження (див. на рис 3.9 а), х100.

а

б

в

Рис 3.11 – Мікроструктура зразка фрагмента дверей кузова вагона в зоні корозійного ураження (див. на рис 3.9 б). х100.

а

б

в

Рис 3.12 - Мікроструктура зразка фрагмента дверей кузова вагона в зоні зварювання і корозійного ураження (див на рис 3.9 в). х100.

Аналіз структури зразків із зони корозійного ураження (рис 3.11) показав, що прямого зв’язку між елементами структури і процесами корозії не виявляється.

В той же час в зоні зварювання корозійні пошкодження (рис 3.12) проходять по границях зерен фериту. Слід відмітити, що в деяких ділянках зони термічного впливу корозійні тріщини утворюються на віддалі 2 -3 зерна від зони суцільної корозії.

3.3 Дослідження пошкоджуваності кузовів вагонів методом LM – твердості.

Деформовані маловуглецеві сталі широко використовують для деталей кузовів вагонів, які працюють в умовах діє змінних і динамічних навантажень.

Процес пластичної деформації супроводжується переміщенням дефектів транслеційного типу (дислокацій і дисклілінацій), ротаційним складником, локальними порушеннями суцільності, при яких в матеріалі формуються магістральні тріщини і він руйнується. Слід зауважити, що для матеріалів з відмінною пластичністю реалізуються різні механізми деформації, відбувається зміцнення металу, яке приводить до зміни фізико-механічних властивостей. Проходження процесів, які супроводжуються пластичну деформацію, залежить від ступеня попередньої деформації заготовки.

Моделі механіки, які описують еволюцію механічних і структурних параметрів матеріалів у процесі деформування, мають у своїй основі подання деформованого тіла як деякого однорідного середовища, що складається з двох взаємодіючих континуумів: матеріального і континіума дефектів. Матеріальний континуум визначається тензором ефективних напружень і деформацій, що виникають від зовнішньої дії і дії дефектів матеріалу. Континуум дефектів і тензор густини потоку відображає стан матеріалу.

Зміна структури сплавів в умовах дії зовнішніх навантажень являє собою складні процеси, в яких розглядаються такі рівні ієрархії:

а) механічний рівень, що відповідає пружній поведінці матеріалу; б) рівень дефектів трансляційного типу, при якому локальні структурні зміни визначаються густиною і потоками дислокацій; в) рівень дефектів ротаційного типу, що відповідає структурним параметрам, які визначають густину і потоки цих дефектів; г) рівень локального порушення суцільності, при якому в матеріалі виникають макропори і мікротріщини; д) рівень глобального порушення суцільності, який характеризується формуванням магістральних тріщин і втратою фізичної суті механічних параметрів напружень і деформацій.

Технологічна обробки і зокрема пластична деформація і зварювання супроводжуються утворенням дефектів, які сприяють формуванню пошкоджень від дії зовнішнього навантаження і корозії. Водночас вплив технологічні пошкоджуваності на їх утворення при експлуатації та функціональності властивості виробів визначені недостатньо.

Під час зварювання маловуглецевих сталей суттєво змінюється їх структурний стан – густина дефекту кристалічної будови, розмір зерна відбувається орієнтування кристалічних осей виникають залишкові напруження це призводить до зміни механічних властивостей.

Для вивчення впливу локального порушення структури сталі яке формується в умовах технологічної обробок деталей кузовів вагонів на пошкодженість при експлуатації оцінювали опір сталі місцевій пластичній деформації при розклинюванні матеріалу індентором приладу для вимірювання твердості у фрагментах кузовів вагонів на різні віддалі від зоні зварювання. Згідно з методом LM – твердості параметром, який інтегрально характеризує структурний стан матеріалу під час обробки результатів масових вимірювань, є гомогенність. Великим значенням однорідності розподілу твердості, відповідає краща організація структури. Меншим значенням навпаки – вищий ступінь пошкоджуваності.

Для оцінювання розсіювання твердості вимірювали твердість на зразках, які відрізняються з досліджуваних фрагментів. Навантаження становило 588Н. а діаметр кульки 1,588 10^-3. Кількість замірів була не менше 30. Зразка фрагмента вирізались на прямолінійних ділянках з мінімальним пошкодженням (див на рис 3.13).

Як видно біля зони зварювання значення коефіцієнта гомогенності Вейбула ( m) є найменшим, що вказує на більшу пошкоджуваність матеріалу біля зони зварювання. Із зростанням віддалі від зони зварювання значення коефіцієнта гомогенності (m) зростає, що вказує на зменшення пошкоджуваності. Різниця у пошкоджуваності матеріалу короткому і довгому зразках може бути пов’язана із особливостями вирізання фрагмента кузова вагона .

Аналіз пошкоджуваності зразка вирізаного біля зони корозійного ураження ( див на рис 3.3, 2) показав, що найменше значення коефіцієнта гомогенності спостерігається в зоні зварювання де відбувся розвиток корозійного ураження (рис 3.14). На всій віддалі від зони зварного шва значення коефіцієнту гомогенності є менші ніж поза межами зони корозії причому найнижчі значення спостерігаються в зоні термічного впливу біля наплавленої зони, що свідчить про розвиток процесів корозійного враження в зоні яка отримала найбільші пошкодження при зварюванні.

Слід відмітити, що корозійні ураження спостерігаються в місцях зварного шва де маса наплавленого металу є найбільша. Більше значення (m) в короткому зразку пов’язано із тим, що в цій зоні кількість наплавленого металу є меншим ніж в довгому зразку.

а

б

Рис 3.13 – Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m) зразка - 1 на різній віддалі від зони зварювання фрагменту кузова вагона (див на рис 3.3, 1)

а - короткий ; б - довгий

а

б

Рис 3.14 – Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m) зразка - 2 на різній віддалі від зони зварювання фрагменту кузова вагона (див на рис 3.3).

а - короткий ; б – довгий

Дослідження коефіцієнта гомогенності Вейбула в зоні корозійного ураження на поверхні ребра жорсткості кузова показали, що мінімальне значення коефіцієнта гомогенності спостерігається в зоні формування ребра жорсткості кузова вагона (рис. 3.3в), ( рис 3.15).

Рис 3.15 – Коефіцієнт гомогенності Вейбула (m) зразка - 3 на різній віддалі від зони зварювання фрагменту кузова вагона (див. на рис 3.3, 3).

Це свідчить, що найбільші пошкодження при технологічній обробці виникають на поверхні ребра жорсткості за рахунок пластичної деформації. Більше значення (m) в зоні зварного шва пов’язано із тим, що при нагріванні проходять процеси рекристалізації, які знімають наклеп. Тобто корозійна ушкодженість розвивається в місцях, де формується найвищий рівень технологічної пошкоджуваності.

Рис 3.16 – Коефіцієнти гомогенності Вейбула (m) зразка

(див на рис. 3.9, 1) на різні віддалі від зони зварювання фрагменту – 2.1 кузова дверей вагона.

Рис 3.17 – Коефіцієнти гомогенності Вейбула (m) зразка (див. на

рис. 3.9, 2) на різні віддалі поздовж та поперек прокату.

Дослідження гомогенності розподілу твердості фрагменту дверей пасажирського вагону (див на рис 3.9, 1) підтвердили вплив процесів зварювання на формування пошкоджень, як видно на (рис 3.16 ).

Найбільший рівень пошкоджень спостерігається в зоні біля зварного шва. Взонах віддалених від шва коефіцієнт гомогенності зростає, що вказує на зменшення в них пошкоджуваності.

Важливе значення мають дослідження впливу напряму пластичної деформації при прокаті на пошкоджуваність дослідження зразка вирізаних поза зоною зварного і корозійного ушкодження ( див. на рис 3.9, 2) показав, що поперек прокатування значення коефіцієнта гомогенності, розподілу твердість зменшується у два рази у порівняні із коефіцієнтом гомогенності в здовж прокату ( рис 3.17).

Такий розподіл пошкоджуваності під час прокатування слід врахувати при орієнтуванні листових заготовок в умовах ремонту кузовів вагонів.

Зона зварювання Напрям прокату

Рис 3.18 – Доцільне орієнтування листа заготовки по відношенню до зони зварювання.

Так як коефіцієнт гомогенності (m) вздовж прокату є більшим ніж коефіцієнт гомогенності поперек прокату при зварювані необхідно орієнтувати об’єкти так, щоб вони розміщалися по відношенню до зони зварювання вздовж напряму прокату (рис 3.18).

Основні висновки

1. Проблема параметризації функціональної довговічності кузовів вагонів після відновлюючих ремонтів, забезпечення необхідного рівня надійності і працездатності виробів визначається процесами деформації та деградації сталі з ферито – перлітною структурою і вимагає оцінки впливу технологічних операцій на формування пошкоджень.

2. На основі проведених досліджень встановлено, що формування корозійних уражень кузовів вагонів при експлуатації пов’язано із технологічною пошкоджуваністю їх окремих фрагментів під час ремонтів. Збільшення пошкоджуваності, яка визначається за коефіцієнтом гомогенності Вейбула (m), сприяє формуванню корозійних уражень в кузовах пасажирських вагонів при експлуатації.

3. Корозійні ушкодження при експлуатації розвиваються в зонах фрагментів кузовів вагонів, в яких є мінімальне значення коефіцієнта гомогенності Вейбула (m). Причому незалежно від походження пошкоджень - при зварюванні, чи в умовах пластичної деформації.

4. Щоб зменшити вплив технологічної пошкоджуваності, яка утворюється при прокатуванні заготовок, на формування пошкоджень під час зварювання необхідно враховувати орієнтування напрямку прокатування при ремонті кузовів вагонів. Так як коефіцієнт гомогенності Вейбула (m) вздовж прокату є більшим від коефіцієнта гомогенності Вейбула (m) поперек прокату при зварюванні необхідно орієнтувати фрагменти так, щоб вони розміщувались по відношенню до зони зварювання вздовж напрямку прокату.