Введение Проблемы водородного износа и водородного охрупчивания остаются одними из препятствий на пути увеличения долговечности деталей машин. Особенно остро эти проблемы встали в свете последних тенденций перехода на «зеленую» водородную энергетику, где потребуется разработка способов и средств хранения, транспортировки и доставки потребителю сжиженного водорода. Однако, обозначенные выше проблемы не являются узкоспециализированными в водородной энергетике. Так, водородное охрупчивание и изнашивание создает немало проблем тяговому подвижному составу железных дорого [1].В работах [2,3] проведен анализ современных подходов к изучению прочности и долговечности несущих конструкций вагонов. Колесные пары локомотивов состоят из оси, колесных пар и бандажей. При отливке осей колесных пар большое влияние на их качество оказывает водород, который определяют испытаниями на разрыв и судят по наличию белых пятен на изломе. В осях колесных пар водород является биографическим, попадающим в структуру металла в процессе выплавки.  Постановка задачи В процессе работы оси водород скапливается в местах неметаллических включений – это уменьшает усталостную прочность и пластичность материала оси.Интенсивному водородному изнашиванию и водородному охрупчиванию подвергается шейка оси. Шейка оси предназначена под посадку моторно-осевого подшипника тягового электродвигателя. Моторно-осевой подшипник с колесной парой трения скольжения является одним из проблемных узлов подвижного состава, наиболее часто подверженных контролю и ремонту по причине износа, близкого к критическому. Остро стоит проблема повышения его надежности, износостойкости и долговечности. Наличие зоны трения, а, следовательно, градиентов температур и образования активных центров приводят к интенсивному водородному изнашиванию шейки оси [4, 5].Для уменьшения количества биографического водорода в оси могут применяться способы из различных областей знаний: технологии металлов, машиностроения, обеспечения износостойкости, усталостной прочности и др. Одним из таких способов может быть удаление биографического водорода из металла вакуумным термическим воздействием (обезводораживание), предложенный в работе [6, 7]. Однако, тяговый подвижной состав эксплуатируется в различных климатических зонах и в течении суток может работать в условиях с изменением температуры окружающей среды более 10оС. В результате в зоне трения шейки оси оказывается водород, попадающий туда с окружающим состав воздухом. Такой водород, эксплуатационный, попадая в зону трения во многом нивелирует уменьшение биографического водорода в оси в процессе ее изготовления [8]. Исправить такую ситуацию возможно предложив технологию ремонта и восстановления оси колесной пары, позволяющую уменьшить водородное изнашивание и водородное охрупчивание.Одна из существующих технологий восстановления оси колесной пары включает в себя накатку шейки и подступичной части. Накатывание проводят с использованием специальных накатных роликов, имеющие индикаторы усилий давления. Важным, при этом, является контроль формы и размеров утвержденным стандартам. В результате восстановительных работ шейка должна иметь цилиндрическую форму, которая будет концентричной поверхности катания колеса. Следовательно, технология, обеспечивающая «барьер» к проникновению эксплуатационного водорода, должна соответствовать жестким требованиям утвержденных стандартов. Так, для осей всех колесных пар первого и второго классов точности круглость шейки не должна превышать 0, 015 мм, радиальное биение – 0,03 мм.   Методы и средства, результаты и обсуждение В процессе исследований по уменьшению негативного влияния водорода были определены статические характеристики. Испытания проводились на образцах из стали ОсВ (ГОСТ 4728-79) при нагрузке 80 Н. Для снижения концентрации биографического водорода в образце применялся метод вакуумного термического воздействия, предложенный в работе [9], режимы которого описаны в работе [10]. Для определения износостойкости были проведены испытания на износ с определением количества выделившегося водорода, так называемого диффузионно-активного водорода (рис.1). Рис. 1. Исследования образцов на износ и выделение диффузионно-активного водорода при влажности 30%: 1 – исходный образец; 2 – термическое вакуумное воздействиеFig. 1. - . Examination of samples for wear and release of diffusion-active hydrogen at a humidity of 30%: 1 - original sample; 2 - thermal vacuum effect  В процессе повторения испытаний была увеличена влажность в помещении, где хранились образцы, с 30% до 60% с целью имитации прохождения состава в соответствующих климатических зонах. Образцы пролежали в помещении с повышенной влажностью в течение 8 часов. В результате испытаний установлено, что с увеличением влажности выделение диффузионно-активного водорода из зоны трения уменьшилось (рис. 2). Рис. 2. Исследования образцов на износ и выделение диффузионно-активного водорода при влажности 60%: 1 – исходный образец; 2 – термическое вакуумное воздействиеFig. 2. - Examination of samples for wear and release of diffusion-active hydrogen at a humidity of 60%:1 - original sample; 2 - thermal vacuum effect Любопытным является тот факт, что выделение диффузионно-активного водорода из образца, подверженного термическому вакуумному воздействию при увеличении влажности возросло, однако это требует дальнейших исследований. Для создания «барьера» к проникновению водорода в зону трения из окружающей среды было проведено диффузионное силицирование образцов. Диффузионное силицирование проводилось следующим образом [8]. Камера разогревалась и в ней поддерживалась температура 2300С, с целью недопущения фазовых превращений в стали. В камеру помещался образец, полностью покрытый порошкообразным карбидом кремния. Облучение образца и нахождение его в камере составляло 30 мин., после чего камера открывалась и образец остывал на воздухе. Диффузионное силицирование, кроме очевидных положительных свойств при диффузии водорода было выбрано по причине малого влияния на геометрию шейки вала.Износостойкость образца изменилась с 0,56 при использовании диффузионного силицировани до 0,54 при вакуумной термической обработке и до 0,52 у исходного образца. Результаты испытаний приведены на рис. 3. Рис. 2. Исследования образцов на износ и выделение диффузионно-активного водорода при влажности 30%: 1 – исходный образец; 2 – силицированиеFig. 3. - Examination of samples for wear and release of diffusion-active hydrogen at a humidity of 30%: 1 - original sample; 2 – siliconization Как видно из диаграммы износ и выделение водорода при диффузионном силицировании уменьшаются. Интерес представляет отношение интенсивности изнашивания образцов к интенсивности выделения диффузионно-активного водорода. Так, отношение интенсивностей для исходного образца 5,625х10-3, силицированного образца 5,72х10-3. Так как к осям колесных пар применяются строгие требования по прочностным свойствам были проведены испытания на сжатие. Предел текучести исходного образца составил σсж = 760…790 МПа, образца после термического воздействия σсж = 770…800 МПа, при диффузионном силицировании – σсж = 730…760 МПа. Из этого следует, что предложенные дополнения к технологиям изготовления оси и ремонта шейки оси колесной пары не приводят к критическому изменению прочностных свойств.После фрикционных испытаний при охлаждении образца наблюдается диффузионный процесс в сторону выравнивания концентрации водорода в поверхностном слое. Очевидно, что выравнивание концентрации водорода в поверхностном слое происходит за счет биографического водорода.Таким образом, в процессе ремонта и восстановление шейки оси колесной пары до осуществления накатывания следует провести диффузионное силицирование. Однако, до практического применения предложенной технологии восстановления следует провести натурные испытания.  Выводы Проведенные исследования позволили получить следующие результаты:Водородное охрупчивание биографическим водородом оси активного колеса локомотива можно уменьшить вакуумным термическим воздействием на этапе ее изготовления.Технологический процесс восстановления шейки оси следует осуществлять с применением диффузионного силицирования, с последующей накаткой.В процессе технологического восстановления контурной круглости осуществляется как после диффузионного силицирования, так и после накатки. После диффузионного силицирования круглость шейки не должна превышать 0, 015 мм, радиальное биение – 0,03 мм.Однако, до практического применения предложенной технологии восстановления необходимо провести натурные испытания.