Rail Steel Operation: Degradation of Structure and Properties of Surface Layer

Abstract

1 Институт сильноточной электроники СО РАН (634055, Россия, Томск, пр. Академический, 2/3) 2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (634050, Россия, Томск, пр. Ленина, 30) 3 Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42) Аннотация. Методами оптической, сканирующей, просвечивающей электронной дифракционной микроскопии и путем измерения микротвердости и трибологических параметров установлены закономерности изменения структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры поверхности рельсов после длительной эксплуатации (пропущенный тоннаж 500 и 1000 млн. т брутто). Показано, что скорость износа увеличивается в 3,0 и 3,4 раза при пропущенном тоннаже 500 и 1000 млн. т соответственно, а коэффициент трения снижается в 1,4 и 1,1 раза. После пропущенного тоннажа 500 млн. т пластины цементита полностью разрушаются и формируются частицы цементита округлой формы размерами 10-50 нм. После пропущенного тоннажа 1000 млн. т отмечено протекание начальной стадии динамической рекристаллизации. Обсуждены возможные причины наблюдаемых закономерностей. Отмечено, что возможно протекание двух конкурирующих процессов при эксплуатации рельсов: процесса разрезания частиц цементита с последующим выносом их в объем ферритных зерен или пластин (в структуре перлита); процесса разрезания, последующего растворения частиц цементита, перехода атомов углерода на дислокации (атмосферы Котт релла), перенос атомов углерода дислокациями в объем зерен (или пластин) феррита с последующим формированием наноразмерных частиц цементита.

Структурно-Фазовое Состояние Металла Рельса С Внутренней Трещиной После Длительной Эксплуатации

“…Результаты полигонных испытаний рельсов с различными физико-механическими свойствами показывают [1][2][3][4][5][6][7], что большое влияние на стойкость к образованию контактно-усталостных дефектов оказывает однородная и мелкодисперсная микроструктура. Также большую роль играют такие параметры микроструктуры рельсов, как величина межпластиночного расстояния в перлите, величина перлитных колоний, наличие избыточного феррита [5,7].…”

“…Результаты полигонных испытаний рельсов с различными физико-механическими свойствами показывают [1][2][3][4][5][6][7], что большое влияние на стойкость к образованию контактно-усталостных дефектов оказывает однородная и мелкодисперсная микроструктура. Также большую роль играют такие параметры микроструктуры рельсов, как величина межпластиночного расстояния в перлите, величина перлитных колоний, наличие избыточного феррита [5,7]. Эксплуатационная стойкость металла с более однородной структурой выше и увеличивается с ростом твердости только у рельсов с гомогенной структурой, причем наибольшей конструктивной прочностью рельсов, по мнению различных авторов, обладают рельсы либо при однородной структуре сорбита закалки максимальной дисперсности, либо при однородной структуре отпущенного мартенсита.…”