Эволюция структуры и свойств дифференцированно закалённых рельсов в процессе длительной эксплуатации
В. Е. Громов$^{1}$, А. А. Юрьев$^{1}$, Ю. Ф. Иванов$^{2,3}$, С. В. Коновалов$^{4}$, О. А. Перегудов$^{5}$
$^{1}$Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007 Новокузнецк, РФ
$^{2}$Институт сильноточной электроники СО РАН, просп. Академический, 2/3, 634055 Томск, РФ
$^{3}$Национальный исследовательский Томский государственный университет, просп. Ленина, 36, 634050 Томск, РФ
$^{4}$Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, РФ
$^{5}$Омский 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