Статистические характеристики износа рельсовых сталей при фреттинг-усталости

Представлен способ обработки результатов экспериментов, заимствованных из литературы, на фреттинг-усталость в целях установления количественной меры, оценивающей способность материала сопротивляться поверхностному износу при циклическом контактном нагружении. Практика эксплуатации и эксперименты показывают, что на поверхности контакта возникают множественные микротрещины разных размеров. Введено предположение, что появление трещин — событие случайное. Это позволило использовать аппарат математической статистики для получения характеристик, трактуемых как механические свойства трещиностойкости, оценивающие сопротивление материала контактной усталости. Исследованы образцы трех марок сталей, предназначенных для железнодорожных рельсов. Дана оценка сопротивления металла износу робастными статистическими характеристиками в предположении, что возникновение поверхностных дефектов — случайный процесс. Нагружение проводили в условиях трения качения шарами, которые вращались в оправке, создавая кольцевую площадку износа. Если нагрузку на испытательной установке считать аналогом силового воздействия колеса на рельс, то появляется количественная мера оценки качества рельсовой стали с точки зрения ее износостойкости. Измерения на каждом образце проводили при трех наработках. Представлены графики плотности распределения площади дефектов на поверхности износа образцов. Предложены количественные характеристики, оценивающие сопротивление металла фреттинг-усталости, а именно, средняя площадь трещины, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации. Эти характеристики представляют собой параметры статистической обработки экспериментальных наблюдений за числом и размерами поверхностных трещин, возникающих при циклическом нагружении поверхности металла. Обсуждается оценка степени значимости наблюдаемых повреждений для сопоставления разных сталей между собой по показателям износостойкости. Результаты эксперимента позволили расположить исследованные стали в ряд по их способности оказывать сопротивление фреттинг-коррозии. Из трех рассмотренных сталей наибольшим сопротивлением контактному износу обладает японская сталь, затем следует сталь российского производства и на последнем месте — польского.

1. Ботвина Л. Р. Разрушение. Кинетика, механизмы, общие закономерности. — М.: Наука, 2008. — 334 с.

2. Ботвина Л. Р., Левин В. П., Жаркова Н. А., Тютин М. Р., Солдатенков А. П., Демина Ю. А. Кинетика накопления повреждений рельсовых перлитных сталей в условиях контактной усталости / Трение и износ. 2016. Т. 37. № 3. С. 309 - 317.

3. Морозов Е. М., Зернин М. В. Контактные задачи механики разрушения. — М.: Машиностроение, 1999. — 544 с.