Эволюция структуры и свойств дифференцированно закалённых рельсов в процессе длительной эксплуатации
В. Е. Громов1, А. А. Юрьев1, Ю. Ф. Иванов2,3, С. В. Коновалов4, О. А. Перегудов5
1Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007 Новокузнецк, РФ
2Институт сильноточной электроники СО РАН, просп. Академический, 2/3, 634055 Томск, РФ
3Национальный исследовательский Томский государственный университет, просп. Ленина, 36, 634050 Томск, РФ
4Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, РФ
5Омский государственный технический университет, просп. Мира, 11, корп. 8, 644050 Омск, Россия
Получена: 30.08.2017. Скачать: PDF
Используя методы современного физического материаловедения, выявлены закономерности формирования и проведён сравнительный анализ структуры, фазового состава, дефектной субструктуры и свойств, формирующихся на расстоянии 0, 2, 10 мм от поверхности катания по центральной оси и по выкружке в головке 100-метровых дифференцированно закалённых рельсов после пропущенного тоннажа 691,8 млн. тонн брутто. Структура стали рельсов в исходном состоянии представлена зёрнами перлита пластинчатой морфологии, зёрнами структурно свободного феррита (зёрнами феррита, не содержащими в объёме частиц карбидной фазы) и зёрнами феррита, в объёме которых наблюдаются частицы цементита (далее по тексту — зёрна феррито-карбидной смеси) преимущественно в виде коротких пластинок и частиц глобулярной формы. Длительная эксплуатация сопровождается формированием градиентной субструктуры, выражающейся в закономерном изменении скалярной и избыточной плотностей дислокаций, амплитуды кривизны–кручения кристаллической решётки стали, степени деформационного преобразования структуры пластинчатого перлита. Показано, что разрушение пластин цементита колоний перлита протекает преимущественно по двум механизмам — путём разрезания скользящими дислокациями и в результате ухода атомов углерода из кристаллической решётки цементита на дислокации. Если в исходном состоянии атомы углерода в основном сосредоточены в частицах цементита, то после длительной эксплуатации рельсов, кроме частиц цементита, они находятся на дефектах кристаллической структуры стали (дислокациях, границах зёрен и субзёрен). Выявлен многофакторный характер упрочнения стали, определяющийся совокупностью структурных составляющих металла рельсов. Определены количественные показатели физических механизмов упрочнения. Показано, что, независимо от анализируемого объёма материала (выкружка или поверхность катания) и расстояния до рабочей поверхности, основной вклад в упрочнение металла рельсовой стали вносит дислокационная субструктура, формирующаяся в процессе эксплуатации рельсов.
Ключевые слова: структура, фазовый состав, дефектная субструктура, перераспределение углерода, механизмы упрочнения, рельсы, эксплуатация.
URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v39/i12/1599.html
PACS: 61.72.Lk, 62.20.M-, 62.20.Qp, 81.40.Ef, 81.40.Np, 81.40.Pq, 83.50.Uv