The influence of heat treatment on microstructure and tribological properties of resistance butt welds made of a cast bainitic steel

• Autorzy: Parzych S. , Krawczyk J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ obróbki cieplnej na mikrostrukturę i własności tribologiczne złącza zgrzewanego wykonanego ze staliwa bainitycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work deals with the influence of heat treatment on microstructure and tribological properties of specimen cast assigned as a material used for frogs in railway crossovers. Materials used nowadays in the railway industry for frogs: Hadfield cast steel (GX120Mn13) and forged pearlitic steel (R260) do not fulfil strict conditions of exploitation and speed that should be reached on railway as indicated in the UIC Decision No. 1692/96. One of the possible solutions is using cast steel with bainitic or bainitic-martensitic microstructure, which allows to gain high strength properties (Rm = 1400 MPa, Rp0,2 = 900 MPa and up to 400 BHN). The test material is an alternative to railway frogs made of Hadfield cast steel. It remains problematic to determine the properties at the weld of the frog with the rail, which can also have bainitic microstructure. To ensure similar wear in both the resistance joint and the base material the resistance butt joint should have almost the same mechanical and tribological properties as the base metal. The main objective of the present work is to study the influence of heat treatment on microstructure and tribological properties of resistance welds made of bainitic cast steel used for frogs in railway crossovers.

PL

Niniejsza praca dotyczy wpływu obróbki cieplnej na mikrostrukturę i własności tribologiczne odlewu próbnego przeznaczonego jako materiałna krzyżownice kolejowe. Dotychczasowe materiały stosowane w kolejnictwie na krzyżownice: staliwo Hadfielda (GX120Mn13) oraz kuta stal perlityczna (R260) nie spełniają rygorystycznych warunków eksploatacji i prędkości osiąganych na nawierzchniach kolejowych zawartych w Decyzji UIC nr 1692/96. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie materiałów o mikrostrukturze bainitycznej lub bainityczno-martenzytycznej, co umożliwia uzyskanie wysokich własności wytrzymałościowych (Rm =1400 MPa, Rp0,2 =900 MPa, twardości do 400 HBW). Badany materiałjest alternatywą dla krzyżownic kolejowych ze staliwa Hadfielda. Problematyczne pozostaje określenie również własności w miejscu połączenia krzyżownicy z szyną, która również może mieć mikrostrukturę bainityczną. Wykonane złącze zgrzewane powinno wykazywać jak najbliższe własności (mechaniczne, tribologiczne itp.) do materiału rodzimego gdyż wówczas zapewniają one równomierne zużywanie się zarówno w obszarze złącza jak i samego materiału rodzimego. W pracy określono wpływ obróbki cieplnej na mikrostrukturę i własności tribologiczne zgrzein wykonanych ze staliwa bainitycznego stosowanego na krzyżownice do rozjazdów kolejowych.

Słowa kluczowe

EN

heat treatment; bainitic cast steel; railway frogs; resistance butt welding

PL

obróbka cieplna; staliwo bainityczne; krzyżownice kolejowe; spawanie

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 1
• Strony: 261--264
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Parzych S.

autor

Krawczyk J.

• Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, Agh University of Science and Technology, 30-059 Kraków, 30 Mickiewicza Av., Poland

Bibliografia

• [1] M. Hotzman, I. Dlouhy, J. Zboril, Mechanical properties and fracture behaviour of cast steel with bainitic microstructure and its use for cast crossings, Hutnicke Listy 58, 8-20 (2003).
• [2] D. Korab, The Modern construction and technological solutions in the field of railway crossover, Railway Review 131, 89-92 (2000) (in Polish).
• [3] J. Pacyna, J. Krawczyk, The wear mechanism of toughened rails, Metallurgy and Foundry Engineering 27, 2, 229-235 (2001).
• [4] H. A. Aglan, Z. Y. Liu, M. F. Hassan, M. Fateh, Mechanical and fracture behaviour of bainitic rail steel, Journal of Materials Processing Technology 151, 268-274 (2004).
• [5] J. Pacyna, The first Polish bainitic rails, Polish Metallurgy in years 2002-2006, Committee of Metallurgy of The Polish Academy of Science, 651-656 Krakow (2006) (in Polish).
• [6] F. C. Robles Hernández, N. G. Demas, D. D. Davis, A. A. Polycarpou, L. Maal, Mechanical properties and wear performance of premium rail steels, Wear 263, 766-772 (2007).
• [7] K. M. Lee, A. A. Polycarpou, Wear of conventional pearlitic and improved bainitic rail steels, Wear 259, 391-399 (2005).
• [8] P. Clayton, Tribological aspects of wheel-rail contact: a review of recent experimental research, Wear 191, 170-183 (1996).
• [9] J. Pacyna, P. Bała, Microstructure and properties of new bainitic cast for railway frogs, V Nationwide Scientific - Technical Conference "Welding railways - the quality, reliability, safety". Bochnia, 12 - 14 May (2010) (in Polish).
• [10] J. Pacyna, T. Skrzypek, Phase transformations of super-cooled austenite of new bainitic materials for railway frogs, Archives of Foundry Engineering, 8, 111-115 (2008).
• [11] R. K. Steele, Steel alloys with lower bainite microstructures for use in railroad cars and track, Report of the Federal Railroad Administration, Washington, D. C. (2002).
• [12] H. Bąkowski, A. Posmyk, J. Krawczyk, Tribological properties of rail steel in straight moderately loaded sections of railway tracks, Archives of Metallurgy and Materials 56, 3, 813-822 (2011).
• [13] J. Krawczyk, M. Witaszek, K. Witaszek, Tribological properties of tyre steel in rolling-sliding contact against bainitic rail steel, Archives of Metallurgy and Materials 56, 3, 710-715 (2011).
• [14] F. C. Zhang, C. L. Zheng, B. Lv, T. S. Wang, M. Li, M. Zhang, Effects of hydrogen on the properties of bainitic steel crossing Engineering Failure Analysis 16, 5, 1461-1467 (2009).
• [15] D. R. Pendelton, K. Compton, E. G. Jones, Welded and cast - Centre crossings accepted after trawl, Railway Gazette International, 3, (1986).
• [16] M. R. Green, W. M. Rainforth, M. F. Frolish, J. H. Beynon, The effect of microstructure and composition on the rolling contact fatigue behaviour of cast bainitic steels, Wear 263, 1-6, 756-765 (2007).
• [17] S. Parzych, E. Tasak, Influence of heat treatment on microstructure and properties of bainitic cast steel used for frogs in railway crossovers, Archives of Foundry Engineering 10, 1, 113-116 (2010).