ТЕРМИШИН обеспечит ОАО "РЖД" постоянное сокращение расходов на обслуживание инфраструктуры

Коррозионно-усталостные повреждения скреплений

Типичные дефекты упругих клемм

Специалистам «РЖД» эти проблемы хорошо знакомы. Повреждение упругих клемм через просадки и изломы — явление массовое. Последние носят, как правило, коррозионно-усталостный характер. Агрессивная среда в виде атмосферных осадков, фрагментов перевозимых грузов способствует развитию коррозионных каверн на поверхности клемм.

К появлению усталостных трещин приводят поверхностные дефекты и дефекты самого прутка. Коррозия проникает через приповерхностный слой внутрь металла, снижая релаксационную стойкость клемм. Как следствие — падает усилие прижатия рельса. Это серьёзно.

Проблемы крепежных элементов

Коррозионная усталость характерна и для путевых шурупов, клеммных и закладных болтов. Воздействие коррозионной среды значительно снижает циклическую долговечность при работе на изгиб и срез.

Излом путевого шурупа приводит к необходимости замены всей шпалы. А это дополнительные затраты на текущее содержание пути. Образование коррозии на резьбовых соединениях скрепления КБ-65 ослабляет воздействие на двухвитковые шайбы и снижает усилие прижатия рельса.

Масштаб проблемы и экономические потери

Низкая доля защищённых элементов

При всей масштабности проблемы и значительных издержках доля элементов рельсовых скреплений с покрытием, обеспечивающих существенное снижение коррозийных и механических повреждений, составляет менее 10%. Крайне низкий показатель.

Стратегическое направление научно-технического развития ОАО «РЖД» привело к поискам способа сокращения удельных затрат на обслуживание инфраструктуры на 25–30%. Увеличение наработки систем на 30–40%. Повышение межремонтного эксплуатационного ресурса элементов верхнего строения пути до 1,5 млрд т брутто.

«Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ») и ООО «ТЕРМИШИН РУС» провели полномасштабное исследование. Изучали влияние технологии покрытия «Термишин» на служебные свойства деталей скрепления верхнего строения пути, в том числе в коррозионных средах.

Технология Термишин: принцип действия

Процесс цинконасыщения

Цель испытаний — поиск недорогого и эффективного способа обработки готовых металлоизделий для увеличения рабочего ресурса и надёжности в эксплуатации.

Сама технология Термишин (ТУ 1721-001-33057357-2014, патент № RU 2237745 C1 от 31.10.2003 г.) представляет собой процесс выращивания цинкнасыщенного слоя на поверхности металлоизделия. Цинкнасыщенный слой становится частью металлоизделия и придаёт ему новые физико-механические свойства прочности и пластичности с функцией высокой коррозионной стойкости.

Предметом изучения стали элементы рельсовых скреплений КБ-65, ЖБР-65: упругие клеммы, гайки, закладные и клеммные болты, обработанные по технологии Термишин. Для сравнения аналогичные испытания проходили детали без покрытия.

Методика испытаний в камере солевого тумана

Условия коррозионного воздействия

Стендовые и лабораторные исследования проводились после коррозионного воздействия в камере соляного тумана продолжительностью 1000 часов.

Сравнительные натурные и лабораторные испытания включали:

• ✓ Тест на коррозионную стойкость деталей с покрытием Термишин и без обработки
• ✓ Статические испытания
• ✓ Испытания на определение прижатия рельса к шпале
• ✓ Испытания на циклическую долговечность
• ✓ Определение коэффициента закручивания элементов, подверженных коррозии

Коррозионная стойкость определялась с помощью камеры солевого тумана, работающей в режиме метода 1 ГОСТ 9.308-85 с ежедневным погружением деталей в 5-процентный раствор хлористого натрия. Продолжительность экспозиции — 1000 часов.

Рис. 1. Внешний вид поверхности клемм с покрытием «Левикор» (слева) и без покрытия (справа) после 1000 часов экспозиции в камере солевого тумана.

Визуальная оценка повреждений

Детали без покрытия за отчётный период полностью покрылись коррозией. Балльная оценка площади коррозионного поражения составила 1 балл — это 50–100% поражения поверхности.

На деталях, обработанных по технологии Термишин, за 1000 часов образовался небольшой налёт окислов металла. Они исчезли после промывки обычной водой. Балльная оценка площади коррозионных повреждений — 8–9 баллов, что составляет от 0,2 до 1% повреждённой поверхности.

Потеря веса после коррозионной обработки:

Результаты: защита от коррозии и водородной хрупкости

Испытание на остаточную хрупкость

Перед проведением механической части исследования клеммы прошли испытание на остаточную (водородную) хрупкость по ГОСТ Р 9.316-2006. Клеммы Термишин, подвергнутые коррозионному воздействию, нагрузили статической нагрузкой, равной 115% предела текучести. Это соответствует максимальной нагрузке на клеммы 30 кН, при которой возникает остаточная деформация.

Клеммы выдерживали под нагрузкой 34,5 кН не менее 100 ч.

Рис. 2. Внешний вид клемм Термишин после испытания на остаточную хрупкость.

По итогам испытаний на клеммах Термишин трещин зафиксировано не было. Это говорит об отсутствии водородного охрупчивания и положительно характеризует применяемое покрытие.

Механические свойства после коррозии

Механические испытания деталей после коррозионного воздействия показали: твёрдость, микроструктура и величина обезуглероженного слоя деталей Термишин полностью удовлетворяют установленным требованиям.

Испытание на трёхкратное статическое нагружение дало интересные результаты. У клемм Термишин, подверженных коррозионному воздействию, остаточная деформация в 1,4 раза меньше, чем у клемм без покрытия.

Характеристики нагружения клемм при испытании на циклическую долговечность:

По результатам испытаний на усилие монтажного прижатия рельса к шпале у клемм Термишин, подверженных коррозионному воздействию, среднее значение усилия отрыва на 2 единицы выше, чем у клемм без покрытия.

Механические характеристики и циклическая долговечность

Испытания на трёхточечный изгиб

Испытания на трёхточечный изгиб показали впечатляющие результаты. Циклическая долговечность болтов «Термишин», подверженных коррозионному воздействию, более чем в 14 раз выше, чем у болтов без покрытия.

Рис. 3. Внешний вид излома клеммы Термишин после циклических испытаний.

Рис. 4. Внешний вид излома клеммы без покрытия после циклических испытаний.

Технология Термишин придала элементам рельсового скрепления:

• ☑ Повышенную релаксационную стойкость
• ☑ Продлённую циклическую долговечность деталей
• ☑ Сниженный коэффициент закручивания гаек и болтов

Характеристика циклического нагружения

Характеристика циклического нагружения болтов на трёхточечный изгиб по методу Локати:

Экономический эффект: экономия до 58% ежегодно

Расчёты ОАО «ВНИИЖТ»

Приведённые исследования доказывают высокую эффективность технологии Термишин. Это подтверждают и экономические выкладки ОАО «ВНИИЖТ». Согласно расчёту, испытания скреплений группы ЖБР показали улучшение характеристик элементов рельсовых скреплений, обработанных по данной технологии. Однозначное продление эксплуатационного ресурса пути и потенциальное снижение затрат на его текущее содержание.

Применение технологии Термишин уже в первый год эксплуатации обеспечит сокращение затрат на 37% от стоимости годового содержания одного километра пути. А начиная со второго года эксплуатации и далее — на 56% ежегодно для эпюры укладки шпал 1872 шт/км.

При применении эпюры укладки шпал 2000 шт/км сокращение затрат на содержание одного километра пути увеличится до 40% в первый год эксплуатации и до 58%, начиная со второго года ежегодно.

Таким образом, на примере узла скрепления видно, как применение технологии увеличивает жизненный цикл металлоизделий. При этом небольшое удорожание изделия обеспечит железнодорожному хозяйству внушительную экономию средств не на один год.

К процессу внедрения новых технологий подходит старая английская пословица: «Мы не настолько богаты, чтобы покупать дешёвые вещи».

"