Поперечные и продольные трещины в бандажах и цельнокатаных колесах нередко возникают из-за наличия металлургических пороков металла.
По мере износа колеса или бандажа эти пороки, приближаясь к поверхности катания, увеличивают концентрацию напряжений и вызывают образование трещины в этом сечении с последующим изломом.
Продольные внутренние трещины приводят первоначально к местному уширению бандажа или обода колеса по длине до 300 мм и более (рис. 17). Обычно в месте уширения прокат поверхности катания бывает несколько большим в связи с пластическими деформациями металла.
Отколы бандажей и ободов цельнокатаных колес (рис. 18) появляются главным образом из-за наплывов металла при большом прокате, неправильного режима торможения замедлителями и башмаками при спуске вагонов с горки, а также из-за металлургических пороков и недоброкачественной термической обработки колес и бандажей.
По данным ЦНИИ МПС поступление в ремонт колесных пар из-за наличия отколов составляет более 10% от общего выхода колесных пар по различным неисправностям.
Ползуны (выбоины) на поверхности катания (рис. 19) появляются в результате скольжения колеса по рельсу при заклинивании колесных пар.
Рис. 19. Ползун на поверхности катания бандажа или колеса
Рис. 20. Выщербина I типа
Рис. 21. Выщербина II типа
Рис. 22. Трещины внутри выщербины II типа, идущие в глубь обода колеса или бандажа
Такой дефект крайне опасен, так как ползун во время движения вагона вызывает удары, разрушительно действующие на рельсовый путь, колесные пары и другие узлы вагона. Поэтому колесные пары с подшипниками скольжения с ползунами на поверхности катания глубиной 2 мм и более и с подшипниками качения глубиной 1 мм и более к работе под вагонами не допускаются.
Преждевременная обточка поверхности катания для устранения ползуна сокращает срок службы бандажа или колеса.
Исправнее состояние тормозных приборов, правильная регулировка рычажной передачи и рациональные режимы торможения исключают возможность
заклинивания колесных пар и появление ползунов на поверхности катания колес.
Рис. 23. Относительный выход колес грузовых вагонов по выщербинам I и II типов в зависимости от содержания углерода в стали: 1 — с выщербинами I типа; 2 — с выщербинами II типа
Рис. 24. Кривая распределения величины потери металла при обточке колес из-за выщербин
Выщербины на поверхности катания колеса или бандажа представляют собой местное выкрашивание частиц металла. По природе появления их условно подразделяют на два типа.
По исследованиям ЦНИИ МПС причиной образования выщербин первого типа является кратковременное проскальзывание колесной пары по рельсам. Такое проскальзывание вызывается непродолжительным заклиниванием колес в момент остановок, когда сила трения между поверхностью колес и колодками становится больше силы сцепления колеса с рельсом. Этому способствует наличие на рельсах инея, снега, воды, понижающих коэффициент сцепления. При кратковременном скольжении колесной пары на поверхности катания обоих колес появляются светлые (отбеленные) пятна овальной формы (рис. 20), глубина которых достигает 0,2 мм. Возникновение отбеленного слоя связано со структурными изменениями металла поверхностного слоя в связи с сильным нагревом в результате трения, возникающего при проскальзывании колеса по рельсу. Для отбеленного слоя характерно наличие микротрещин, развивающихся перпендикулярно или с некоторым наклоном к поверхности трения.
При относительно высоких скоростях проскальзывания и значительных давлениях на малых участках контактирующихся поверхностей энергия внешнего трения в большей части переходит в тепло. Концентрация этого тепла в микрообъемах поверхностного слоя вызывает превращение перлита в аустенит с закалкой на мартенсит при мгновенном отводе тепла в массу обода колеса или бандажа. При этом структурные изменения от тепла трения протекают одновременно с пластической деформацией металла поверхностного слоя.
Аналогичным образом развиваются выщербины от скольжения одного колеса по рельсу при торможении вагонов башмаками на сортировочных горках.
Глубина выщербин I типа не превышает, как правило, 1,5 — 3 мм. Они имеют разнообразную конфигурацию, определяемую развитием трещин в зоне ползунов.
Выщербины II типа (рис. 21) появляются от усталостных явлений в поверхностном слое. Начальная стадия таких выщербин часто представляет собой процесс шелушения поверхности с отделением частиц металла в виде тонких лепестков. В дальнейшем трещинки, приводящие к шелушению, развиваются в глубь бандажа или колеса, соединяются между собой, в результате чего происходит отделение кусочков металла и образование выщербин II типа. Глубина таких выщербин иногда достигает 15 — 20 мм. Они имеют неровную поверхность, характерный вид усталостного разрушения и покрыты пленкой окислов. Внутри выщербины часто обнаруживается сетка мелких трещин, идущих в глубь обода колеса или бандажа (рис. 22). Поэтому обточка колес и бандажей с целью удаления выщербин должна выполняться особенно тщательно. Не исключено, что трещины могут быть скрыты (затерты) резцом при обточке, а при дальнейшей работе колеса они могут привести к быстрому образованию выщербин на том же месте и даже к излому бандажа или обода колеса. Необходимо тщательно исследовать состояние и характер выщербины до и после обточки, используя все современные методы и средства для их устранения.
Выщербины II типа чаще всего образуются на одном колесе и значительно реже одновременно на двух колесах.
Выход колесных пар из эксплуатации по выщербинам существенно зависит от содержания углерода (рис. 23), предела прочности и способов термической обработки цельнокатаных колес и бандажей.
Обточка поверхности катания колес из-за выщербин вызывает большие потери металла (рис. 24) и значительно снижает срок службы колесных пар.