ООО «Палатинус», Москва, Россия

А. А. Фролов, генеральный директор, канд. экон. наук, эл. почта: metimpex-m@mail.ru

ООО «ЕВРАЗ СТИЛ БИЛДИНГ», Москва, Россия
А. Е. Козин, инженер

Университет науки и технологий МИСИС, Москва, Россия
А. В. Алексахин, доцент, канд. экон. наук

ОАО «Электростальский завод тяжелого машиностроения», Электросталь, Россия
К. Л. Косырев, советник технического директора по металлургии, профессор, докт. техн. наук, академик РАЕН

Боковые рамы тележек грузовых вагонов служат в условиях повышенных динамических нагрузок, которые могут превышать нормативные. Боковые рамы производят из сталей 20ГЛ, 20ГТЛ, 20ГФЛ и они должны быть подвергнуты термической обработке — нормализации или нормализации с отжигом I рода. После нормализации сталь должна иметь величину зерна не менее номера 8 по ГОСТ 5639-82 и ферритно-перлитную микроструктуру. Потенциал стали 20ГЛ, определяемый химическим составом, исчерпан и не позволяет повысить ее прочность. Решить проблему несоответствия несущей способности литых боковых рам высокому уровню эксплуатационных нагрузок можно за счет термоупрочнения стали 20ГФЛ, в которой мелкодисперсный карбид ванадия, выделяясь при охлаждении из аустенита, способствует измельчению структуры. Наибольшее измельчение структуры стали 20ГФЛ происходит при ее термоулучшении (закалка и высокий отпуск). Однако разработчики ограничились нормализацией, опасаясь коробления после закалки в воде и отпуска. Особенностью охлаждения низкоуглеродистой, низколегированной стали является необходимость высокой скорости закалки, которая обеспечивается применением водно-воздушной смеси. Установлено, что по мере увеличения скорости охлаждения в мартенситном интервале вероятность разрушения закаливаемых деталей сначала возрастает, а затем снижается до нуля. Для предотвращения закалочных трещин необходим самоотпуск. Применение новой технологии термоупрочнения (закалка и самоотпуск) литых боковых рам из стали 20ГФЛ, прошедших предварительную термообработку (нормализацию), позволяет снизить размер зерна (балл 9–10) и получить структуру сорбит отпуска, повысив прочность без снижения хладостойкости.
Исследование выполнено при финансовой поддержке министерства промышленности и торговли Российской Федерации (ИГК № 0000000002018Q8Т0002).

1. ГОСТ 32400-2013. Рама боковая и балка надрессорная литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. Технические условия. — Введ. 01.07.2014.
2. ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. — Введ. 01.01.1983.
3. Михалев М. С., Берштейн Л. И., Муравьев Е. А., Житов Л. П. Использование остаточных напряжений для повышения усталостной прочности литых боковых рам тележек // Труды ВНИИЖТ. 1982. № 652. С. 12–22.
4. Фролов А. А., Абакумов А. А., Суслин Ю. И., Алексахин А. В. Влияние остаточных напряжений в зоне внутреннего радиуса R-55 на надежность литых боковых рам тележек грузовых вагонов // Технология машиностроения. 2024. № 1. С. 45–52. DOI: 10.34641/TM.2024.259.1.008
5. Солдатов В. Г. Разработка легирующих комплексов и технологических методов воздействия на кристаллизующуюся сталь для получения отливок железнодорожного транспорта с высокими механическими свойствами : дис. … канд. техн. наук. — Москва, 2006. — 170 с.
6. ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия. — Введ. 01.01.1990.
7. ГОСТ 21357-87. Отливки из хладостойкой и износостойкой стали. Общие технические условия. — Введ. 01.07.1988.
8. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение : учебник для высших технических учебных заведений. — М. : Машиностроение, 1990. — 528 с.
9. Михалев М. С., Шагалов Л. В., Берштейн Л. И., Бамбулевич В. Б. Хладостойкая сталь повышенной прочности для литых деталей грузовых вагонов // Повышение надежности вагонов, совершенствование методов их испытаний, контроля и ремонта. — М., 1993. С. 110–120.
10. Михайлов А. М., Бауман Б. В., Благов Б. Н., Козлов Л. Я. и др. Литейное производство: Учебник для металлургических специальностей вузов. — М. : Машиностроение, 1987. — 256 с.
11. Кузнецова Н. Ю. Особенности и условия эффективного применения организованных потоков воды в качестве закалочной среды при термической обработке стали : дис. … канд. техн. наук. — Москва, 2002. — 225 с.
12. Никулин С. А., Федин В. М., Рожнов А. Б. и др. Влияние объемно-поверхностной закалки на циклическую прочность фрагментов боковых рам тележек грузовых вагонов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 11. С. 42–47.
13. Никулин С. А., Огуенко В. Н., Рожнов А. Б. и др. Прочность фрагментов боковых рам тележек грузовых вагонов после объемно-поверхностной закалки // Деформация и разрушение материалов. 2016. № 2. С. 42–46.
14. Шепеляковский К. З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве. — М. : Машиностроение, 1972. — 288 с.

15. Чернов Д. К. О приготовлении стальных бронепробивающих снарядов (Сообщение в императорском Русском техническом обществе 10 мая 1885 г.) // Избранные труды по металлургии и металловедению / Под ред. академика В. Д. Садовского. — М. : Наука, 1983. С. 70-99.
16. Будрин Д. В., Кондратов В. Н. Водо-воздушное охлаждение при закалке // Металловедение и термическая обработка металлов. 1965. № 6. С. 22-25.
17. Кобаско Н. И. Интенсивные методы закалки стали. — Киев : Общество «Знание», 1990. — 19 с.
18. Кобаско Н. И. Закалка стали в жидких средах под давлением. — Киев : Наукова думка, 1980. — 201 с.
19. ГОСТ 33939-2016. Детали литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. Методы ресурсных испытаний. Часть 1. Рама боковая. — Введ. 01.11.2017.
20. Чертовских Е. О. Разработка технологии термической обработки стали 20ГФЛ для повышения хладостойкости литых крупногабаритных деталей тележек грузовых железнодорожных вагонов : дис. ... канд. техн. наук. — Барнаул, 2017. — 131 с.
21. Качанов Н. Н. Прокаливаемость стали. — М. : Металлургия, 1978. — 189 с.
22. Термическая обработка в машиностроении / Справочник под ред. Лахтина Ю. М. и Рахштадта А. Г. — М. : Машиностроение, 1980. — 783 с.
23. Шепеляковский К. З. Самоотпуск стали при высокочастотной закалке. — М. : Государственное научно-техническое издательство Машиностроительной литературы, 1955. — 107 с.
24. Кобаско Н. И. О путях упрочнения стали на основе интенсификации процессов теплосъема в области мартенситных превращений // Металлы. 1979. № 1. С. 147-153.
25. Филиппенков А. А. Разработка ванадийсодержащих сталей и высокоэффективных технологий их производства с целью повышения долговечности литых деталей в машиностроении и металлургии : дис. … докт. техн. наук. — Екатеринбург, 2002. — 342 с.
26. Пат. 2 853 686 РФ. Способ термической обработки литых деталей из низкоуглеродистых легированных сталей / Фролов А. А., Суслин Ю. И., Алексахин А. В., Киселев В. М. ; заявл. 13.02.2025 ; опубл. 25.12.2025, Бюл. № 36.