Z E S Z Y T Y NAU KO W E POLITECHNIKI ŚLĄSKIE3
Seria : TR A NS PO RT z. 14 Nr kol. 1048
___________ 1 9 8 9
Marla Magdalena ZMUDA -S R OK A Instytut Pojazdów Szynowych Politechnika Krakowska
S T O P Y Al JAKO M A TE RIAŁY NA ELEMENTY BIEGOWE P O D A Z D Ó W SZ Y NOWYCH W Ś W I E T L E P R OW ADZONYCH BADAŃ
S t r e s z c z e n i e . W pracy omówiono dobór s t op ów Al na elementy zestawu koiowego na podstawie kryterium w y tr zy ma ł oś ci ow e go . K r y t e rium to oparte na warunkach pracy zestawu, było podstawę p r ogramu badaó wyt yp o wa ny ch stopów. Opracowanie za ko ńc z on o wnioskami, wyni- kajęcymi z w y n ik ów przeprowadzonych doświadczeń.
1. WPROW A DZ EN IE
Dednym z głównych zadań jakie stoję przed n o wo c ze sn ym p r ze my s łe m bu
dowy taboru sz y nowego jest produkcja pojazdów p r z y s to so wa n yc h do dużych p r ę d ko śc i przy jednoczesnym zapewnieniu w ł a ś c i w e g o bezpieczeństwa, a t ak
że komfortu podróżowania.
Z mn iejszenie maey własnej pojazdów prowadzi do u zy s ka ni a na dwyżki m o cy, którę możemy wyko rz ys ta ć do zwiększenia p r ę d k o śc i jazdy lub też do p rz ew iezienia dodatkowej masy towarowej. Obn i że ni e masy poj az dó w pozwala również na zw i ększenie ich trwałości.
Szczeg ól ne znaczenie posiada zmniejszenie masy n i e u s p r ę ż y n o w a n e j , któ ra w yn o si około 2 0 % całkowitej masy wagonów towar ow yc h i około 1 0% w przy padku w a go n ów osobowych.
Z większenie trwałości pojazdów oraz t orów w i ę ż ę się przede wsz ys t ki m z d ynamicznym od d ziaływaniem pojazdu na tor i na odwrót. O d d z ia ł yw an ie to w z r as t a z kwadratem prędkości, rosnęc na s tępnie tak, że przy prędkości 300 km na godzinę, występuje ponad trzykrotne jego zwięks ze ni e £l].
S tosujęc materiały "lekkie" (o niższej m asie w ła ściwej od masy p o w szec h ni e stosowanej stali), uzyskujemy z mn ie j s z e n i e o p orów ruchu, z wi ęk s zenie przyspieszeń przy rozruchu i hamowaniu, a przy zast os ow a ni u s t o p ów Al także możliwość częściowej eliminacji korozji, co prowadzi do p ow ażnego obniżenia kosztów eksploatacji.
236 M. M. Ż mu da-Sroka
1. C H A R A K T ER YS TY K A NAP RĘ ŻE Ń W Y S T ĘP UJ Ą CY CH W ELEMENT ACH Z E ST A WU KOŁO WE G O
Z na jo mo ś ć w a r u n k ó w pracy zestawu kołowego, a wi ęc dz i ał ajęcych na jego elementy obciężeń, znalazła o d z w ie rc ie d le ni e w kryterium w y t r z y m a ł o ś c i o wym. Kryterium to opisuje szereg w s k aź ni kó w wy t rz ym ał o ś c i o w y c h zwięzanych z rodzajem i char ak t er em wy st ę pu ją cy c h w r o zp atrywanych elementach n a p r ę żeń.
Celem s c h a r a k t e r yz ow an i a ob ci ę że ń d zi ał ajęcych na elementy biegowe w czasie ruchu i postoju, poddano a nalizie klasyczny zestaw w a go nu to w a
rowego o kołach obrę cz o wa ny ch i pełnej osi przystosowanej do łożysk tocz
nych 02],
Działające na z es taw obciężenia, posłużyły przy teoretycznych o bl i c z e niach w ar t oś c i naprężeń po wst ających w tarczy kół obręczowa ny ch o z ał o ż o
nym ks ztałcie i wym iarach 030, a także w osi 05]. Napręż en ia to zostały obliczone z u w zg lę dn ien ie m obci ęże ń zewnętrznych, po cho dzących od sił p o ziomych i pionowych, a także nadwyżek dynamicznych, wy ni kaj ący ch z n ie równości torów, st y k ów szyn, nie wyważenia kół, nierówności obręczy i drgań części n i e u s p r ę ż y n o w a n e j . Ponadto w ob li czeniach wz ięto pod uwagę obciężenia qu as is t a ty c zn e pochodzące od hamowania i sił prowadzących.
Należy także pamiętać, że dodatkowa przeszkodę w określe ni u rz ec zy wi s tego obrazu ob ci ę ż e ń j8st losowe w y s t ę p o w a n i e nadwyżek dynamicznych oraz trudności w do k ła dn ym określ en iu mi ejsc ich działania.
P rzepr ow a dz on e oblicz e ni a teoretyczne, wg hipotezy wytężeniowej krań
cowej energii od k sz ta łc e ni a p o st aciowego ¡¡1^ 03], pozwoliły o kreślić m a k s y malna wart o ść naprężenia z a stępczego dla koła obręczowanego. Wartość ta dla koła od strony w ew nętrznej w y s t ę p u j e w przekroju o w a r to śc i “r" rów
nej 300 ram (r - od le głość r oz patrywanego przekroju koła od osi zestawu, przy jm u ją cą w a r t oś ci od 150 do 350 mm) i wynos i © 2 = 127,4 MPa, zaś dla w ew nętrznej strony koła S z » 193,0 MPa, przy r = 150 mm.
Analizuj ęc w a rt oś ci naprężeń uzyskanych drogę tensometrowania kół w czasie normalnej ekspl oa ta cji 04], a także wa r to ś ci naprężeń z as t ę p
czych oblicz on ych w oparciu o nie, wg hipotezy wy tęż eniowej krańcowej energii odksz ta łc eni a post aci ow eg o
,
widzimy, że rzęd wie lko śc i w a r t o ści napr ęże ń maksym al ny ch wys tę p uj ą cy c h w tarczach kół jest zbliżony03. 4j.
Tak prz epr owa dz ona analiza poz woliła na ustalenie rodzaju i charakteru oraz w a rt oś ci naprężeń, jakie działaję w tarczach kół przy zbliżonych kształtach i wymiarach. S ę to naprężenia jedno st ron ni e zmienne, ści sk aj ą ce i zginajęce.
Równie ważnym, z uwagi na b ez pieczeństwo ruchu, e le mentem zestawu jest oś. Pracuje ona w bardzo trudnych warunkach, przenos zą c op rócz wszyst ki c h w s p o mn ia n yc h już sił, także i moment skręcający, będący w y n ik ie m n i e r ó w ności średnic tocznych kół, a także różnego ustawienia profilu obręczy na główce szyny.
S topy Al jako materiały. 237
Bez w z gl ęd u na kształt oraz wymiary osi należy pam ię t ać o k on i eczności zachowania wy s ok ie go współczynnika bezpieczeństwa. Dlat e go to po licznych badaniach w p ro wa d zo no dis osi pojęcie ma k sy m a l n y c h nap rę że ń d o p u s z c z a l nych, różnych dla charakterystycznych jej pr z ekrojów. Takie rozwięzanie zagadnienia było konieczna, gdyż e mp ir yc z ne metody o b l i c z e n i o w e u w z gl ęd niają tylko siły poprzeczne z pominięciem podłuż ny ch oraz dział aj ą cy ch w e w n ąt rz osi, a będących wynikiem w ci sk o w e g o połącz en i a z piastą koła.
Należy pamiętać, że na wartość na prężeń ma rów ni eż w p ł y w kształt osi, a s zczególnie przejścia pomiędzy średnicami.
Anal iz a działających na pracując^ oś obciążeń, po zw o li ła na ustalenie rodzaju i charakt er u powstających naprężeń. Są to n a pr ęż e ni a zginające o bustr o nn ie zmienne.
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń, a także danych z ac z erpniętych z prac 03, 4, 5], określono maksymalną w a rt o ść napręż e ni a zginającego, która wynos i 157 MPa (przejścia osi z podpiaś ci a w część środkową).
Wartość momentu skręcającego oś w roz p at ry wa n ym przypadku, w p o r ó w n a niu z wa r tością mome nt u zginającego jest niewielka, dlatego też w pr ze p ro wa dzonych ob li czeniach została pominięta.
Na podstawie dokonanych analiz, a także p r ze pr o w a d z o n y c h ob liczeń m o żemy stwierdzić, że celem zapewnienia w ł a ś c i w e g o be zp ie c ze ńs tw a przez omawiane elementy zes ta w u kołowago, w y tr z y m a ł o ś ć materiałów, z których zostaną wykonane, musi zapewnić m oż li wo ś ć pr ze ni e s i e n i a naprężeń o w a r tościach nie niższych od powyżej przytoczonych.
2. DOBÓR M A T E R I A Ł Ó W NA ELEMENTY BIEGOWE W G K R Y T E R I U M WYTRZYMAŁOŚCIOWEGO
Zasadniczy wpływ na dobór materiałów na elementy zestawu ko łowego po
siadają: warunki pracy, proces w yt warzania oraz czynniki ekonomiczne.
W arunki pracy, to w pierwszym rzędzie d z ia ła j ąc e na z es ta w obciążenia.
Znalazły one odzwi er ci e dl en ie w k ry terium w y t r z ym ał oś c io wy m. Kryterium to opisuje szereg w sk a ź n i k ó w wytrzymałościowyh z wi ą za n y c h z r odzajem i cha rakterem wys tę pu j ąc yc h w rozpatrywanych eleme nt a ch naprężeń. Na tej pod staw ie możemy o kreślić szczegółowy program badań w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h da n e
go tworzywa, a ot rzymane wyniki p oz walają na prawi d ło wą ocenę możliw o śc i jego zastosowania. Minimalna wartość po sz c z e g ó l n y c h w s k a ź n i k ó w jest limi
towana granicznymi war un k am i obciążeń. Do w s k a ź n i k ó w tych w przypadku rozpatrywanych elementów - koło o b r ę cz ow an e i oś, zaliczamy:
- w y t rz ym a ło ść zmęczeniową przy d zi ał an i u n a p r ęż eń w y w o łu ją cy c h o b u s t r o n ne zginanie oraz jednostronnie zmienne zgi n an ie i ściskanie,
- twardość.
- granica pełzania, - m o d u ł Y o u n g a E.
238 M.M. Ż mu da-Sroka
O kreślenie koniecznych w s k a ź n i k ó w wy t rz y m a ł o ś c i o w y c h jest zależne od rodzaju d ob ieranego materiału. W przypadku prop o no wa ny c h stopów Al w ł a s ności w y t r z y m a ło ś ci ow e zależę przede w s z y s tk im od pierwi as tk a p o d s t a w o w e go, który zmienia się w zależ n oś ci od gatunku stopu, a także od czystości pozostałych składników. O kr eś l en ie więc wa rt o ś c i w s k a ź n i k ó w w y t r z y m a ł o ściowych w funkcji doraźnej w y t r z ym ał oś c i na r ozcięganie Rm, można trak
tować jedynie informa cy jn i e (daje małe przybliżenie), przeci wn ie niż w przypadku s t op ów żelaza z węglo m C5j. Należy także pamiętać, że stopy Al nie posiadaję rzeczywistej granicy pla s ty cz no ś ci oraz że w ykazuję tendencje do pełzania pod w p ł y we m prz ył oż o ne go obciężenia.
O kreślenie wi ęc w y tr zy m a ł o ś c i zmęczeniowej, twardości, granicy p e ł z a nia i modułu Young'a, na p od s tawie d o św ia d cz eń jest niezbędne.
3. B A D AN IA L AB 0R A T0RY3NE
3.1. Program badań
A na li zu j ęc w ła sności w y t r z y m a ł o ś c i o w e krajowych s to pó w Al do d o ś w i a d czeń w y t yp ow an o stopy: PA4N - A lMglSil oraz K63CU - A l Zn 6M g2 C u wg składu chemicznego podanego przez Instytut Metali N i eż el az n yc h w Skawinie, w y p ro dukowane w Z ak ł adach Metali Lekkich w Kętach. Z wlewków, metodę w y c i s kania wyko na no pręty (0 25 mm, 1 = 5000 mm), przy c z y m pręty ze stopu K63Cu podzielono na dwie partie, poddajęc je p r z es y ca ni u i sztuc zn e mu starzeniu w różnych warunkach temperatury i czasu trwania obróbki co pozwoliło uzyskać zróżnic ow an ie wł as ności m e c h a n ic zn yc h stopu.
Program badań la bo r atoryjnych o b ej mo wa ł określenie:
1) trwałej i ograniczonej w y t r z ym ał oś c i zmęczeniowej dia próbek g ł a d kich i z karbem, w yk o na ny ch z prętów ze s to p ów Al, w próbach:
- o b r o t o w o g i ę t n e j , przy założeniach:
G max = - 6 min > ° ‘ t = °' R ’ “ 1 '
- jednost ro nn eg o ściskania o następujęcej c h a r a kt er ys t yc e cyklu G m i n < G max < °*
- j ed n ostronnego zginania
® m a x < G min < 0 ' ! < * « > » 0 < R < + 1 p rzepr o wa dz en i e
2) statycznej próby ro zcięgania i wyznaczenie:
- modułu s p r ęż y st oś ci podłużnej - Young'a " E " ,
- granicznej w y t r z y m a ł o ś c i Rx, przy o kr eś l on ym o d k sz t ał ce ni u trwałym, - w yd łu ż e n i e A w %,
- p rz ewężenia Z w %.
3) próby trwardości,
Stopy Al jako m a t e r i a ł y . 239
4) próby pełzania m ateriałów pod w p ły we m obcią że ni a stałego oraz b a d a nia uzupełniające, mające na celu:
a) okreś le ni e wy tr zy ma ł oś ci zmęczeniowej s to p ów Al w próbie j ed no s t r o n nego rozciągania, o charakterystyce cyklu:
® m a x > ® m i n > °' 1 < * < 0 ' ° < R < + 1 '
b) w yz n ac z e n i e doraźnej wytrzymałości na r oz ciąganie Rm, stałej Poissona
¿X oraz modułu sp rę żystości poprzecznej G.
3.2. Metodyka prowadzonych doświadczeń
O kreślenia trwałej i ograniczonej w y t r zy ma ł oś ci zmęczeniowej dokonano na podstawie wyni kó w badań, które przeprowadzono na pr óbkach w ykonanych z prętów, z omówionych st opów Al, drogą obróbki skrawaniem. Kształt i w y miary próbek były po dyktowane normami oraz w ym ag a ni am i stanowisk b a d a w czych.
D oświadc ze n ia w celu wyznaczenia trwałej i ograniczonej w yt rz ymałości zmęczeniowej przy o bciążeniu czystym m o m en t em gnącym, w y wo ł uj ąc ym n a p r ę ż e nia ob uk i er un ko w o zmienne przeprowadzono na masz y ni e zmęczeniowej MYN6000, produkcji ZSRR. Próby prowadzono na 6 partiach próbek (każda po 40 sztuk), przy czym jedną połowę stanowiły próbki gładkie, drugą zaś próbki z karbem w yk on a n y m promi en i em r = 1 mm. Wartość obciążenia m a k sy ma l ne go przyjęto na podstawie badań wstępnej serii próbek.
Określenia w y t r z ym a ło śc i zmęczeniowej przy jednost ro nn y m ściskaniu d o konano na pulsatorze hydraulicznym - ZDM- 20 PU (produkcji N R D ), zaś przy j ednostr on n ym zginaniu na maszynie wytrzyma ło śc io w ej "Instron". Minimalną wyma g an ą ilość cykli wyzna cz o no na podstawie średniego rocznego przebiegu wago nu osobowego (dane uzyskane z PDOKP Kraków), z kołami o średnicy kręgu tocznego równej 9 20 mm. Koło takie wykonuje w ciągu roku 4,5 . 1 0 7 o b r o tów, co jest równoważne z ilością zmian obciążenia.
Celem określenia modułu Young'a przeprow a dz on o próbę ro z ciągania z od
c ią żaniem na maszynie wytrzymałościowej " I n s t r o n ” . Moduł Y o u n g ’a - s p r ę ż ystości podłużnej, wyznacz on o określając w trakcie próby rozciągania dla p os zczególnych wi el ko ś ci obciążeń, spadki linii odciążań, siecznych i stycznych, a n as tępnie obliczając moduł zerowy Eo.
T wardość st opów badano metodą Brinella posługu ją c się t wardościomierzem typu 3-2 (produkcji krajowej SZMiKL). W gł ę bn ik ie m była kulka stalowa har
towana o średnicy 10 mm i twardości 850 HV. O d c is kó w (po 25 dla każdego m ateriału) dokonywano na próbkach mających kształt prostopadłościanów, w yk o na ny ch z okrągłych prętów przez f re zo w an ie na żądany w y mi ar (20 x 20 x x 15 mm). Czas dokonywania pomiarów pr z yj ęt o równy 30 s , z uwagi na fakt, że w m a teriałach miękkich na skutek znacznej ich płynności, wgłębnik w g n i at a się jeszcze po upływie pewnego c zasu (dla stali - t = 10 s).
Wi elkość średnicy od cisków odczytywano za pomocą m i kr os k op u w a r s z t at ow eg o z dokładnością do 0,01 mm.
240 H.M. Żmuda-Sroka
Doświadczenia mająca ok reślić o dp orność badanych st opów na pełzanie, przepr ow ad z on o na pe łzarce wi el op r ób ko we j Zst 2/3. Maksymalne obciążenie jakie można było zasto so wa ć w trakcie badań, w ynosiło 11,77 kN. Pełzarka posiada 3 punkty pomiarowe. D okładność odc zy tó w wy no s ił a 0,01 mm. Próby orowadzono ze stopem K63CU - A i B, gdyż stop P A 4 N był poddawany licznym badaniom T eo lo gicznym [j6, 7] . Próbki były ob ci ąż a ne tak, aby maksymalne naprężenie w ynosiło odpowi ed ni o 5B8,6 MPa dla partii A oraz 564 MPa dla B C5j. N aprężenie to zmniej sz a no n as tępnie o 24,5 MPa, aż do momentu gdy w ywołane n aprężenie nie p owodowało od k sz ta łc e ni e próbki. Czas trwania próby t = 10.000 g o d z . , temperatura 20°C, ut r zymywana przez cały okres trwania próby.
Wyniki doświadczeń
Wyniki o tr zymane z p r ze pr ow a dz an yc h badań opracow an o s tosując metody statystyki matematycznej.
W efekcie p r ze pr ow a dz on yc h badań zmęczeni o wy ch przy obus t ro nn ym z g i naniu oraz j e d n os tr on n ym zginaniu próbok ze stopów: PA4N oraz KQ3Cu A i B, otrzymano dane, które zostały zami es z cz on e w tablicy 1.
Tablica 1
Wartości w sk aź ni k ów uzyskane w zmęczeniowej próbie obustronnego i jednos tr o nn eg o zginania
go MPa
zg.i w MPa bp. Materiał
próbki gładkie
próbki z karbem
próbki gładkie
próbki z karbem
1 K63Cu "A" 169,2 115,7 304 ,0 207,9
2 K63CU "B" 152 ,C 96,0 273,7 173,6
3 PA4N 95,6 66,7 171,7 119,7
B adania zmęcze ni ow e przy działaniu o b ciążeń ściskających jednostronnie zmiennych, rozpoczęto od d oświadczeń ze stope m PA4N - próbki okrągłe o p = 15 mm i 1 = 22,5 mm. W trakcie badania pod wpł y we m d zi ał ających ob
ciążeń próbki ulegały o dk ształceniu. Zwięk sz en ie obcią że ni a powodowało jedynie znaczne o d k s zt ał ce n ie próbki przy mniejszej ilości cykli. Na pr z y
kład przy cyklu o danych: = |5 5 , 4 1 MPa; = |388,6| MPa; R = 7;
III c l A ^ III a FI
% = 1,33, po ilości cykli N = 10 , otrzymujemy sk rócenie próbki o 5% oraz zwiększenie średnicy o 2,3%. Badane próbki nie ulegały zniszczeniu.
D ed no znaczne okreś le ni e crwałej w y t r z y ma ło śc i zmęczeniowej jest wię c n ie
możliwe. Z uwagi na w y s t ę p u j ą c e zjawisko o dstąpiono od określe ni a w y t r z y małości zmęczeniowej przy je dn os tr o nn ym ściskaniu dla stopu K63Cu.
Przepr ow ad z on a próba s t a t yc zn eg o rozciągania z o d c ią ża ni e m pozwoliła uzyskać wart oś ć nie tylko modułu Y o u n g ’a ale także doraźnej w y t r z y m a ł o
Stopy Al jako materiały.. 241
ści na rozciąganie Rm, stałej Poissona oraz w y dł u że ni a A i p r z e w ę ż e nia Z. Dwie ostatnie wielkości maję szczeg ó ln e znaczenie przy o k r e ś l a niu wskaź ni kó w opisujących kryterium technologiczne.
Wyniki otrzymane z przeprowadzonej próby z a m ie s zc zo no w tablicy 2.
Tablica 2
Wartości wskaźników w ł a s n o ś c i fizyk o- me ch a ni cz ny c h uzyskane w próbie s ta tycznego rozciągania
Lp. W s k a ź n i k
M a t e r i a ł
K63Cu “A" K63CU “B" PA4N
1 Moduł sprężystości
podłużnej E w MPa 79626,8 74913,2 21091,5
2
Doraźna wytrzymałość na rozciąganie Rm w MPa
6 08,2 582,9 382,6
3 Naprężenie Rq ^ w MPa 510,6 488,5 313,9
4 Stała Poissona iU
0,3 0,3 0,3
5 W ydłuż e ni e A w % 7,6 9,2 9,56
6 Przewężenie B w % 15,6 16,5 21,7
Badania twardości pozwoliły na oblicz en i e jej w ar to ś c i jako stosunek siły obciążającej P, która w p ro wa dzonych d o ś w i ad cz e ni ac h w y n o si ła 9,82 kN, do powierzchni czaszy kulistej odcisku t r wałego w mm . Ob li cz on e wartości
2
twardości badanych materiałów zam ie s zc zo no w tablicy 3.
Tablica 3
Wartości w sk a źn ik a twardości uzyskane w doświadczeniach dla badanych s topów
Lp. Materiał
średnia wartość z odczytów
p d, w mm
8T
średni błąd w ar to śc i
średniej
^ ś r
Twardość HB
Uwagi
1 K63CU " A 1' 2,83 + 0,01 154-157
2 K63CU ”B" 2,87 + 0,01 150-152
3 PA4N 3,56 + 0,02 96-98
2 4 2 M.M. Z m uda-Sroka
Doświad c ze ni a prowadzone ze stopem K63Cu A i B w celu s tw i erdzenia jego o dporności na pełzanie, pozwoliły stwierdzić, że o bc ią ż en ie P =
= 11,55 kN w przypadku serii próbek A p owoduje ich znisz c ze ni e po cza
sie t = 2300 godz. Dla partii B, zniszc ze ni e próbek n a stępuje po czasie t = 1400 godz., przy ob ci ą że ni u P = 11,07 kN. Kolejne zm ni ejszanie o b c i ą żenia pozwoliło ustalić, ze przy P = 10,6 kN dla partii A, o dkształcenie całkowite po czasie t = 10.000 godz. w y n os i ło 0 , 4 2 % przy odk sz ta łc e ni u po c zątkowym w yn o s z ą c y m 0,36%, w y s tę pu ją c ym po t = 6 min. Dla partii B, przy obcią że n iu P = 10,1 kN odks zt ał c en ie całkowite po czasie t = 10.000 godz. o siągało w a r t o ść 0,44%, przy odk sz t ał ce ni u pocz ąt k ow ym równym 0 , 3 4 % o si ąganym po t = 6 min. Przy dalszym ob n iżeniu obciążenia o d kształcenia nie występują.
WNIOSKI 2 P R Z E P R O W AD ZO NY C H BADAŃ
A naliz u ją c wynik i badań p r z ep ro wa d zo ny ch wg z ał oż on e go p rogramu możemy powiedzieć, ż e :
- pr zyjęte do d oś wi ad c ze ń stopy Al posiadają trwałą w yt rz y m a ł o ś ć z m ę c z e niową. Należy tu jednak zaznaczyć, że badania trwałej wyt rz ym ał o śc i
Q
zmęczeniowej należy p ro w adzić przy ilości cykli N = 10 , gdyż przy w a r tości 5 . 107 cykli, obse r wo wa no jeszcze n ieznaczny jej spadek,
- stopy Al wy ka z uj ą dużą wr a żl i w o ś ć na działanie karbu, czego dowo d em b y ło o bn iżenie trwałej w y t r zy ma ł oś ci zmęczeniowej dla badanych próbek z karbem w sto su nk u do gładkich o około 30%. Fakt ten należy uwzględnić przy p r o j ek to wa n iu kształtu osi i kół zestawów,
- ot rz ymane wa rt oś ci w sk aź ni k a Zgj dla stopu K62Cu 4 i 8, są w yż sz e od m ak sy ma ln e go n aprężenia za stępczego w y s t ęp uj ą ce go w kole obręczowanym, co pozwala sądzić o prz yd at n oś ci stopu na tego typu ko nstrukcji (z g j dla part ii A w y ż s z e o około 55%, dla 3 o około 40%, dla PA4N uzyskano wart oś ć Zgj niższą o około 12%),
- ot rz ymane wa rt o ś c i w sk aź ni k a Z ^ Q dla stopu K63Cu A (próbki gładkie) są wyższe od maks y ma ln yc h naprężeń zginających występu ją cy c h w osi o około 7,6%. Ws ka zu j e to na m oż liwość zastosowania badanego materiału na osie, jednak z k o niecznością u względnienia wpły wu karbu,
- wartość modułu s p r ę ż ys to śc i podłużnej E, w s k az uj e na konieczność o d p ow iedniego kształtu el ementów celem z achowania niezbędnej sztywności k onstrukcji. Dotyczy to przede w s z y s tk im kształtu kół,
- twardość stopu K63Cu A i B jest w y s t ar cz aj ą ca na zast os o wa ni e go w bu
dowie e l em entów zestawu. Stop PA4N posiada twardość znacznie niższą od wymaganej w tego typu konstrukcjach,
- problem odk sz t ał ce ni a el ementów zestawu na skutek pełzania materiału możemy pominąć, gdyż obciążenia d ziałające zarówno na koła jak i na osie zestawu p os iadają znacznie niższe wartości niż obciążenia p o w o d u jące pełzanie badanych stopów.
Stopy Al jako materiały. 2 4 3
G eneralnym wn ioskiem jaki można w y ci ąg ną ć w opar c iu o kryterium w y t r z y małościowe, to st wi e rdzenie przydatności stopu K63Cu w w er sj i A d o w y t warzania osi i kół obręczowych w a g o n o w e g o zest aw u kołowego, zaś w ersji B, tylko na koła.
L ITERA T UR A
Tl_] Hegenbarth F. : Der Leichtradsatz fur H o ch ge sc h wi n d i g k e i t e n im Rad/
Schiene - System, 2 EV - Glass. Annal. nr 96, 1972.
Q2J Tatara R., W ol nowska M.: Wagonowe zestawy kołowe. W yd aw n i c t w o u c z e l niane Politechniki Poznańskiej, Poznań 1965.
Q3j Praca zb iorowa pod kierunkiem Prof. 3. Brosia: Studium nad m o żliwością z as to sowania stopów lekkich i twor zy w sztuc z ny ch na koła zest aw ów kołowych. Instytut Pojazdów Szynowych, Kraków 1972.
Kosiński A. : Możliwości wykonania koła be zo br ęc z ow eg o przez spawanie p ro filowego w iońca z kołem bosym. ZN P o li techniki Krakowskiej, z e szyt 36 z 1971 r.
C5j Zmuda- Sr ok a M . M . : Kryteria doboru ma te ri a ł ó w konstru kc y jn yc h na el e
menty biegowe pojazdów szynowych. Praca do kt orska 1978,
QöJ Jakowluk A.: Pewne procesy T e ologiczne w me talach na przyk ł ad zi e s t o pów aluminium. Białystok 1970.
[V]
Jakowluk A.: Wyniki badań próbek ze stopu P A 4 , w ł a s n o ś c i mecha n ic zn e w funkcji temperatur, pełzanie. Materiały III K.K. W y t r z ym ał oś c i M a teriałów, SIMP - WAT, 1963.Taj Volk W.: Statystyka stosowana dla inżynierów. WNT, War s za wa 1973.
Recenzent: Doc. dr hab. inż. Józef Marciniak
W płynęło do Redakcji 15.09.1989 r.
OIDIABti
AlKAK MAIEPHAJI HA EErOBHE EJIEM3KCH HEJIE3H0Ä0P0ÄHUX n0E3H0B B CHETJIE BEAEHHHX HCCJIEÄOBAHHII
P
e 3 k> m eB s t oft p a ó o i e H a ocH O B e c o n p o T H B J i a e M o c i H o r o K p m e p H H o ó c y z y t e H o T Ö o p c ru ia B O B Al H a ejieM eH T H noflBHaciioro c o c i a B a . 3t o t K p H i e p a i ! ocH O B aH y c J io Bm m p a ó o i H n o ^ Ó H sc H o ro c o c i a B a H B J ia e T Ł c a 6 a 3 o J ł n p o r p a M M u n c c jie ,Ę O B a H n 8 H a M e n e H - H hm x c ru ia B O B . P a s p a Ó o T K y O K O H H H B a eica npefljioaceH H H M H BHBexeHHHMH H3 p e 3 y j i t > - T a i o B n e p e B e n e H H ü x o i j h i o b.
244 M.M. Zmuda-Sroka
THE A1 A L L OY S A S A MATERIAL OF RAIL VEHI CL ES RUN NI N G ELEMENTS IN T H E LIGHT OF T H E R ESEARCH CARRIED OUT
S u m m a r y
In the paper, the selection of the A1 alloys as a material of the w heel set elements on the basis of the strength criterion was discussed.
That criterion s up ported on the wheel set operating conditions was the basis of the tests project of the selected alloys.
As the ending, the conclusions following the tests results were given.
