Особливості руйнування під час випробування на визначення в’язкості руйнування в залежності від рівня міцності сталі для залізничних коліс: Особливості руйнування під час випробування на визначення в’язкості руйнування в залежності від рівня міцності сталі для залізничних коліс

О. І. Бабаченко; Г. А. Кононенко; О. А. Подольська; О. А. Шпак; О. Л. Сафронов

doi:10.52150/2522-9117-2026-40-002

Автор(и)

О. І. Бабаченко Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України Автор
Г. А. Кононенко Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України Автор
О. А. Подольська Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України Автор
О. А. Шпак Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України Автор
О. Л. Сафронов Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної академії наук України Автор

DOI:

https://doi.org/10.52150/2522-9117-2026-40-002

Ключові слова:

в'язкість руйнування, мікролегування, термічна обробка, середній розмір зерна, перліт, мікротвердість, ферит, тріщиностійкість

Анотація

У статті представлено результати дослідження впливу мікролегування ванадієм та молібденом, а також режиму термічної обробки (одинарна та подвійна) на в'язкість руйнування (K_1С) колісних сталей марки R7. Визначено механічні властивості, твердість, роботу удару, а також проведено мікроструктурний аналіз із визначенням середнього діаметра зерна та кількості фериту. Встановлено, що залізничні колеса з мікролегованої сталі (промислові плавки № 1, 2, 3) демонструють на 65–80% вищі значення K_1С порівняно з немікролегованою сталлю (плавка №4). Показано, що підвищення тріщиностійкості обумовлене подрібненням зерна (з 0,034 мм до 0,0187– 0,0242 мм) та зміною морфології перліту. Додаткова нормалізація (подвійна термічна обробка) сприяє подальшому подрібненню зерна та підвищенню K_1С для мікролегованих сталей. Отримані результати дозволяють зробити рекомендації щодо складу та технології термічної обробки колісних сталей для підвищення їхньої надійності.

Посилання

Bi, N., Tang, H., Shi, Z., Wang, X., Han, F., & Liang, J. (2023). Effects of Vanadium Microalloying and Intercritical Annealing on Yield Strength–Ductility Trade-Offs of Medium-Manganese Steels. Materials. 2023. 16. https://doi.org/10.3390/ma16062220

Mudda, S., Hegde, A., Sharma, S. et al. (2026). A review of the latest developments regarding the heat treatment effects on hardness, impact toughness, and microstructure in AISI 1040, 4140, and 4340 medium carbon structural steels. Discover Materials, 6(1). https://doi.org/10.1007/s43939-025-00532-z

Zurnadzhy, V., Stavrovskaia, V., Chabak, Y., Petryshynets, I., Efremenko, B., Wu, K., Efremenko, V., & Brykov, M. (2024). Enhancing the Tensile Properties and Ductile-Brittle Transition Behavior of the EN S355 Grade Rolled Steel via Cost-Saving Processing Routes. Materials, 17(9), 1958. https://doi.org/10.3390/ma17091958

Brykov, M, Mierzwiński, D, Efremenko, V, Girzhon, V, Shalomeev, V, Shyrokov, O V, Petryshynets, I, Klymov, O, & Kapustyan, O. (2024). Increasing the Strength and Impact Toughness of Carbon Steel Using a Nanosized Eutectoid Resulting from Time-Controlled Quenching. Materials. 17(15). 3696. https://doi.org/10.3390/ma17153696

Zhou, S.-t., Li, Z.-d., Yang, C.-f., Xie, S.-k., Yong, Q.-l. (2019). Cleavage fracture and microstructural effects on the toughness of a medium carbon pearlitic steel for high-speed railway. Materials Science and Engineering: A, 761, 138036. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138036

Strnadel B., Hausild P., Nohal S., Matocha K. Statistical scatter in the fracture toughness and Charpy impact energy of pearlitic steel (2007). Mater. Sci. Eng.: A. 486. 1-2. 208-214. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.08.081

Chattopadhyay, C., Sangal, S., Mondal, K., & Garg, A. (2012). Improved wear resistance of medium carbon microalloyed bainitic steels. Wear, 289, 168–179. https://doi.org/10.1016/j.wear.2012.03.005

Andrade, H., Akben, M. G., & Jonas, J. J. (1983). Effect of molybdenum, niobium, and vanadium on static recovery and recrystallization and on solute strengthening in microalloyed steels. Metallurgical Transactions A, 14, 1967-1977.

Zajac, S. (2002). Precipitation and grain refinement in vanadium-containing steels. Iron steel vanadium titanium. 23(1). 35-48.

Capdevila, C., Ferrer, J. P., García-Mateo, C., Caballero, F. G., López, V., & de Andrés, C. G. (2006). Influence of Deformation and Molybdenum Content on Acicular Ferrite Formation in Medium Carbon Steels. ISIJ Int., 46, 1093–1100. https://doi.org/10.2355/isijinternational.46.1093

Rezende, A. B., Fernandes, F. M., Fonseca, S. T., Farina, P. F. S., Goldenstein, H., & Mei, P. R. (2020). Effect of alloy elements in time temperature transformation diagrams of railway wheels. Defect and Diffusion Forum, 400, 11-20. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.400.11

Sakamoto, H., Toyama, K., & Hirakawa, K. (2000). Fracture toughness of medium-high carbon steel for railroad wheel. Mater. Sci. Eng.: A, 285(1-2), 288–292. https://doi.org/10.1016/s0921-5093(00)00648-1

Trivedi, R., Bhumika, Tandon, R., Mishra, G., Singh, R., Singh, J. K., Mahobia, G. S., Chauhan, A., Sarma, S., Ghosh, A., Karmakar, A., & Patra, S. (2024). Study of strength and toughness in pearlitic wheel steel via microstructural alteration. Materials Today Communications, 39, 109255. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.109255

Особливості руйнування під час випробування на визначення в’язкості руйнування в залежності від рівня міцності сталі для залізничних коліс