| 2026 №02 (03) |
DOI of Article 10.37434/sem2026.02.04 |
2026 №02 (05) |
Сучасна електрометалургія, 2026, #2, 27-38 pages
Фізичне моделювання структуроутворення металу шва під час термічного оброблення зварних стиків рейок трамвайних колій
І.В. Крівцун
, Р.С. Губатюк, О.С. Прокоф’єв, С.В. Римар, Є.О. Пантелеймонов, В.А. Костін, С.Г. Григоренко, В.В. Жуков, І.О. Гончаров, Г.В. Кузьменко
ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11.
E-mail: elmag@paton.kiev.ua
Реферат
Представлено результати фізичного моделювання на модельних зразках структуроутворення металу шва під час термічного оброблення зварних стиків рейок трамвайних колій. Модельні зразки у вигляді стрижнів вирізані із реальних зварних стиків головки рейок типу Р65 із сталі марки К76Ф. Стики виконані автоматичним дуговим зварюванням ванним способом плавким мундштуком присадним порошковим зварювальним дротом марки АНПМ-3. Вперше побудовані частини термокінетичних діаграм розпаду переохолодженого аустеніту за безперервного охолодження металу зварного шва, виконаного дуговим зварюванням, і його зони сплавлення з основним металом рейки, що дозволило визначати зміни структури металу і його твердість за різних швидкостей охолодження. Фізичне моделювання на модельних зразках дозволило визначити параметри термічного оброблення зварних з’єднань рейок, за яких покращуються властивості металу, підвищується його твердість і знімаються залишкові напруження. Термічне оброблення буде позитивно впливати на підвищення експлуатаційних властивостей та збільшення надійності й ресурсу працездатності зварних стиків рейок, що важливо під час будівництва і ремонту трамвайних колій. Бібліогр. 33, табл. 1, рис. 8.
Ключові слова: зварні стики, рейки трамвайних колій, термічне оброблення, фізичне моделювання, термокінетичні діаграми, підвищення надійності
Отримано 24.12.2025
Отримано у переглянутому вигляді 30.03.2026
Затверджено до друку 20.05.2026
Розміщено онлайн 28.05.2026
Список літератури
1. Krivtsun, I., Hubatiuk, R., Rymar, S. et al. (2025) Physical simulation of structural transformations in the welded joint of high-carbon rail steel. Materials Research Express, 12(7), 1–18. DOI: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ade0392. Krivtsun, I., Rymar, S., Hubatiuk, R. et al. (2024) Physical modelling of high-frequency induction heat treatment of welded joints of railway rails using inverter frequency converters. In: Proc. of the IEEE 7th Inter. Conf. on Smart Technologies in Power Engineering and Electronics (STEE-2004), Kyiv, Ukraine, 24‒26 September, 2024. National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”. DOI: https://doi.org/10.1109/STEE63556.2024.10747962
3. Gubatyuk, R.S., Rymar, S.V., Kostin, V.A. et al. (2021) The simulation of the process of heat treatment of welded joints of high-strength railway rails. In: Proc. of the III Inter. Conf. on Advanced Technologies in Materials Science, Mechanical and Automation Engineering (MIP: III Engineering-III-2021), 2402(1), 070026. 070026-1–070026-7. American Institute of Physics, USA. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0071364
4. Hubatyuk, R.S., Rymar, S.V., Prokofiev, O.S. et al. (2021) Modeling of the process of induction heat treatment of welded joints from rail high-strength steels. The Paton Welding J., 9, 27–38. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2021.09.05
5. Hubatyuk, R.S., Rymar, S.V., Prokofiev, O.S. et al. (2021) Simulation of electromagnetic and thermal fields in the process of induction heating on small specimens with the presence of welded joint of high-strength railway rails. The Paton Welding J., 1, 40–44. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2021.01.08
6. Gubatyuk, R.S. (2019) Heat treatment of welded joints of high-strength railway rails (Review). The Paton Welding J., 2, 41‒48. DOI: https://doi.org/10.15407/tpwj2019.02.07
7. Ziakhor, I.V., Antipin, E.V., Didkovsky, O.V. et al. (2023) Modern technologies of welding railway rails (Review). Avtomatychne Zvaryuvannya, 5, 5–17 [in Ukrainian]. DOI: https://doi.org/10.37434/as2023.05.01
8. Dahl, B., Mogart, B., Greford, B., Ulander, B. (1995) Repair of rails on-site by welding. ESAB Group, Goteborg, Sweden. 9. Poznyakov, V.D., Kiriakov, V.M., Gajvoronsky, A.A. et al. (2010) Properties of welded joints of rail steel in electric arc welding. The Paton Welding J., 8, 16–20.
10. Okumura, M, Karimine, K., Uchino, K, Yourioka, N. (1995) Development of field fusion welding technology for rail-roadrails. Nippon Steel Technical Report, 65, 41–49.
11. Saita, K., Karimine, K., Ueda, M. et al. (2013) Trends in rail welding technologies and our future approach. Nippon Steel and Sumitomo Metal Technical Report, 105, 84–92.
12. Kuzmenko, G.V., Kuzmenko, V.G., Galinich, V.I., Taganovsky, V.M. (2012) New technology of electric arc bath welding of rails on tram and crane tracks. The Paton Welding J., 5, 33–36.
13. Bajic, D., Kuzmenko, G.V., Samardzic, I. (2013) Welding of rails with new technology of arc welding. Metalurgiya, 52(3), 399–402.
14. Golovin, G.F., Zimin, N.V. (1979) Technology of heat treatment of metals using induction heating. Leningrad, Mashinostroyeniye. 15. Nesterov, D.K., Sapozhkov, V.E., Levchenko, N.F. et al. (1990) Heat treatment of rail steel using induction heating. Metallovedeniye i Termicheskaya Obrabotka Metallov, 8, 30–34.
16. Lai, Z.Y., Lei, X.W., Zhang, Z.M. et al. (2023) Improvements in welding continuous cooling transformation diagram of high-strength low-alloy steel weld. Materials Science and Technology, 39(17), 2690–2698. DOI: https://doi.org/10.1080/02670836.2023.2215644
17. Minamoto, S., Tsukamoto, S., Kasuya, T. et al. (2022) Prediction of continuous cooling transformation diagram for weld heat affected zone by machine learning. Science and Technology of Advanced Material, 2, 402–415. DOI: https://doi.org/10.1080/27660400.2022.2123262
18. Yu, S., Wang, Y., Zhang, Z. (2025) Monitoring process parameters and predicting rail steel welded joint microstructure and mechanical property of three-wire fusion nozzle electroslag welding. Welding in the World, 69, 1229–1240. DOI: https://doi.org/10.1007/s40194-025-01962-2
19. Ma, R., Liu, X., Lv, Q., Wang, X. (2022) Effect of laser shock peening on fatigue properties of U75VG rail flash-butt welding joints. Optics and Laser Technology, 149, 107889. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.107889
20. Pismenny A.S. (2005) Induction heating for welding and related technologies. Ed. by B.E. Paton. Kyiv, PWI.
21. Xie, H., Leng, W., Li, M. et al. (2024) Preparation and wear properties of high-silicon high-vanadium wear-resistant alloy with nano-pearlite matrix and carbides composite structure. J. of Materials Research and Technology, 28, 199–215. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.11.279
22. Masoumi, M., Tressia, G., Centeno, D.M.A., Goldenstein, H. (2021) Improving the mechanical properties and wear resistance of a commercial pearlitic rail steel using a two-step heat treatment. Metallurgical and Materials Transact. A, 52, 4888–4906. DOI: https://doi.org/10.1007/s11661-021-06432-0
23. Aglan, H., Ahmed, S., Prayakarao, K., Fateh, M. (2013) Effect of preheating temperature on the mechanical and fracture properties of welded pearlitic rail steels. Engineering, 11(5), 837–843. DOI: https://doi.org/10.4236/eng.2013.511101
24. Babachenko, O.I., Kononenko, H.A., Podolskiy, R.V. (2020) Justification of the choice of thermo-kinetic parameters of the cooled K76F steel to increase hardness across the rail head section. Metals Science and Heat Treatment of Metals, 4, 30–37. DOI: https://doi.org/10.30838/J.PMHTM.2413.241120.30.688
25. Grigorenko, G., Kostin, V., Zhukov, V., Zuber, T. (2016) Peculiarities of structural transformations in HAZ metal of rail steel M76 joint produced by flash-butt welding. J. of Physical Science and Application, 5(6), 54–65. DOI: https://doi.org/10.17265/2159-5348/2016.05.009
26. Savitsky, M.M., Gubatyuk, R.S., Rymar, S.V. et al. (2006) Method of physical modulation of the process of high-frequency heat treatment of a metal sample. UA Pat., No. a201902347. Kyiv, PWI. Publ. 19.05.2021.
27. Grigorenko, G.M., Kostin, V.A. (2013) Modern possibilities of modeling austenite transformations in welds in low-alloy steels. Sovremennaya Elektrometallurgiya, 1, 33–39 [in Russian].
28. Konstantinov, S.M. (2005) Heat transfer: A textbook for students of higher technical schools of the Ministry of Education and Science of Ukraine, National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”. Kyiv, Politekhnika.
29. Bhadeshia, H.K.D.H., Honeycombe, R.W.K. (2017) Steels: Microstructure and properties. 4th Ed. Amsterdam, Oxford, Elsevier Butterworth-Heinemann.
30. Krauss, G. (2015) Steels: Processing, structure, and performance. 2nd Ed. ASM International, Materials Park, Ohio, 704. DOI: https://doi.org/10.31399/asm.tb.spsp2.9781627082655
31. Matsuda, H., Mizuno, R., Funakawa, Y. et al. (2013) Effects of auto-tempering behaviour of martensite on mechanical properties of ultra high strength steel sheets. J. of Alloys and Compounds, 577(1), S661–S667. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.04.108
32. Ramesh Babu, S. (2021). The onset of martensite and autotempering in low-alloy martensitic steels: Academic Dissertation of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu, Finland. DOI: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.20200.80644
33. Rupinen, M.C., Peterson, N.E., Clarke, A.J., Speer, J.G. (2024) Quantitative modeling of autotempering effects in martensitic steels, Scripta Materialia, 243, 115998. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116001
Ця стаття у відкритому доступі за Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Рекомендоване цитування
І.В. Крівцун, Р.С. Губатюк, О.С. Прокоф’єв, С.В. Римар, Є.О. Пантелеймонов, В.А. Костін, С.Г. Григоренко, В.В. Жуков, І.О. Гончаров, Г.В. Кузьменко (2026) Фізичне моделювання структуроутворення металу шва під час термічного оброблення зварних стиків рейок трамвайних колій. Сучасна електрометалургія, 02, 27-38. https://doi.org/10.37434/sem2026.02.04Реклама в цьому номері:
