Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ АТОМОВ УГЛЕРОДА В ДИФФЕРЕНЦИРОВАННО ЗАКАЛЕННЫХ РЕЛЬСАХ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-6-454-459

Полный текст:

Аннотация

Методами просвечивающей электронной микроскопии на различном расстоянии от поверхности катания по центральной оси проведены исследования изменения структуры, фазового состава и дефектной субструктуры головки дифференцировано закаленных рельсов  после пропущенного тоннажа 691,8 млн. т брутто. Подтверждено, что длительная эксплуатация рельсов сопровождается протеканием  одновременно двух процессов преобразования структуры и фазового состава колоний пластинчатого перлита: перерезания пластин цементита и растворения пластин цементита. Первый процесс осуществляется по механизму перерезания карбидных частиц и растаскивания  их осколков, сопровождается лишь изменением их линейных размеров и морфологии. Второй процесс разрушения пластин цементита  колоний перлита осуществляется путем ухода атомов углерода из кристаллической решетки цементита на дислокации, вследствие чего  возможно фазовое преобразование металла рельсов. Это происходит из-за заметной релаксации средней энергии связи атомов углерода  с  дислокациями (0,6 эВ) и с атомами железа в кристаллической решетке цементита (0,4 эВ). Рассмотрены стадии преобразования пластин  цементита: окутывание пластин скользящими дислокациями с последующим разбиением их на слаборазориентированные фрагменты;  проникновение скользящих дислокаций из решетки феррита в решетку цементита; растворение цементита с образованием наноразмерных  частиц. Отмечено наличие наноразмерных частиц цементита в ферритной матрице благодаря их выносу туда в процессе дислокационного  скольжения. С использованием выражений современного физического материаловедения и данных рентгеноструктурного анализа проведена оценка содержания атомов углерода на структурных элементах рельсовой стали. Показано, что длительная эксплуатация рельсов  сопровождается существенным перераспределением атомов углерода в поверхностном слое. В исходном состоянии основное количество  атомов углерода сосредоточено в частицах цементита, а после длительной эксплуатации рельсов местом расположения углерода, наряду  с частицами цементита, являются дефекты кристаллической структуры стали (дислокации, границы зерен и субзерен), а в поверхностном  слое стали атомы углерода обнаружены и в кристаллической решетке на основе α-железа.

Об авторах

В. Е. Громов
Сибирский государственный индустриальный университет .
Россия

д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. В.М. Финкеля. 

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42.



А. А. Юрьев
Сибирский государственный индустриальный университет .
Россия

инженер-исследователь УНИ. 

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42.



Ю. Ф. Иванов
Институт сильноточной электроники СО РАН ; Национальный исследовательский Томский государственный университет.
Россия

д.ф.-м.н., профессор, ведущий научный сотрудник.

634055, Россия, Томск, пр. Академический, 2/3; 634050, Россия, Томск, пр. Ленина, 36.



В. А. Гришунин
Сибирский государственный индустриальный университет .
Россия

к.т.н., доцент кафедры транспорта и логистики.

654007, Россия, Кемеровская обл., Новокузнецк, ул. Кирова, 42.



С. В. Коновалов
Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева.
Россия

 д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологии металлов и авиационного материаловедения.  

443086, Россия, Самара, Московское шоссе, 34.



Список литературы

1. Ivanisenko Yu., MacLaren I., Sauvage X., Valiev R.Z., Fecht H.-J. Shear-induced α→γ transformation in nanoscale Fe-C composite // Acta Mater. 2006. Vol. 54. No. 6. P. 1659 – 1669.

2. Ivanisenko Yu., Wunderlich R.K., Valiev R.Z., Fecht H.-J. Annealing behavior of nanostructured carbon steel produced by severe plas tic deformation // Scripta Materialia. 2003. Vol. 49. No. 10. P. 947 – 952.

3. Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Fecht H.-J. Stress- and Strain Induced Phase Transformations in Pearlitic Steels // Materials Science Forum. 2007. Vol. 539-543. P. 4681 – 4686.

4. Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Valiev R.Z., Fecht H.-J. The mechanism of formation of nanostructure and dissolution of cementite in a pearlitic steel during high pressure torsion // Acta Mater. 2003. Vol. 51. No. 18. P. 5555 – 5570.

5. MacLaren I., Ivanisenko Yu., Fecht H.-J., Sauvage X., Valiev R.Z. Early stages of nanostructuring of a pearlitic steel by high pressure torsion deformation. – In book: Ultrafine Grained Materials IV . Ed. By Zhu E.T. – The Minerals, Metals & Materials Society, 2006. P. 1 – 6.

6. Шур Е.А. Повреждение рельсов. – М.: Интекст, 2012. – 192 с.

7. Повышение эффективности работы верхнего строения пути в современных условиях эксплуатации. Сб. научных трудов / Под ред. Л.Г. Крысанова. – М.: Интекст, 2000. – 142 с.

8. Влияние свойств металлической матрицы на эксплуатационную стойкость рельсов. Сб. Научных трудов / Е.А. Шур и др. – Екатерингбург: ГНЦ РФ ОАО УИМ, 2006. – 235 с.

9. Peregudov O.A., Gromov V.E., Ivanov Y.F., Morozov K.V., Konovalov S.V . Structural and phase states in high-quality rail // Steel in translation. 2016. Vol. 46. No. 4. P. 260–263.

10. Peregudov O.A., Morozov K.V., Gromov V.E. etc. Formation of internal stress fields in rails during long-term operation // Russian metallurgy. 2016. Vol. 2016. No. 4. P. 371 – 374.

11. Gromov V.E., Ivanov Y.F., Morozov K.V., Peregudov O.A., Semina O.A. Long-term operation of rail steel: degradation of structure and properties of surface layer // Journal of surface investigation. X-ray, Synchrotron and Neytron techniques. 2016. Vol. 10. No. 5. P. 1101 – 1105.

12. Ivanov Y.F., Morozov K.V., Peregudov O.A., Gromov V.E. Degradation of rail-steel structure and properties of the surface layer // Steel in translation. 2016. Vol. 46. No. 8. P. 567 – 570.

13. Гаврилюк В.Г., Герцрикен Д.С., Полушкин Ю.А., Фальченко В.М. Механизм распада цементита при пластической деформации стали // ФММ. 1981. Т. 51. № 1. С. 147 – 152.

14. Гриднев В.Н., Гаврилюк В.Г. Распад цементита при пластической деформации стали // Металлофизика. 1982. Т. 4. № 3. С. 74 – 87.

15. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1978. – 647 с.

16. Курдюмов В.Г., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. – М.: Наука, 1977. – 236 с.

17. Перлит в углеродистых сталях / В.М. Счастливцев, Д.А. Мирзаев, И.Л. Яковлева, К.Ю. Окишев, Т.И. Табатчикова, Ю.В. Хлебникова. – Екатеринбург: УрО РАН, 2006. – 312 с.

18. Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in Steels. 2nd ed. – London: The Institute of Materials, 2001. – 460 p.

19. Jian Min Zuo, John C.H. Spence, Advanced Transmission Electron Microscopy. – New York: Springer, 2017. – 729 p.

20. Fultz B., Howe J. Transmission Electron Microscopy and Diffractometry of Materials, fourth edition. – Berlin: Springer, 2013. – 764 p.

21. Thomas J., Gemming T. Analytical Transmission Electron Microsco py. – Dordrecht: Springer Netherlands, 2014. – 348 p.

22. Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. – Basel: Springer International Publishing, 2016. – 196 p.

23. Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Microscopy. Characteri zation of Nanomaterials. – New York: Springer, 2014. – 717 p.

24. Структурно-фазовые состояния и механизмы упрочнения деформиро-ванной стали / Ю.Ф. Иванов, В.Е. Громов, Н.А. Попова, С.В. Коновалов, Н.А. Конева. – Новокузнецк: Полиграфист, 2016. – 510 с.

25. Физика и механика волочения и объемной штамповки / В.Е. Громов, Э.В. Козлов, В.И. Базайкин, В.Я. Целлермаер, Ю.Ф. Иванов и др. – М.: Недра, 1997. – 293 с.

26. Мейл Р.Ф., Хагель У.К. Аустенитно-перлитное превращение. – В кн.: Успехи физики металлов / Пер. c англ. – М.: Металлургиздат, 1960. С. 86 – 156.

27. Speich G., Swann Р.R. Yield strength and transformation substructure of quenched iron-nickel alloys // J. Iron and Steel Inst. 1965. Vol. 203. No. 4. Р. 480 – 485.

28. Speich G.R. Tempering of low-carbon martensite // Trans. Met. Soc. AIME. 1969. Vol. 245. No. 10. Р. 2553 – 2564.

29. Kalich D., Roberts E.M. On the distribution of carbon in martensite // Met. Trans. 1971. Vol. 2. No. 10. Р. 2783 – 2790.

30. Fasiska E.J., Wagenblat H. Dilatation of alpha-iron by carbon // Trans. Met. Soc. AIME. 1967. Vol. 239. No. 11. Р. 1818 – 1820.

31. Ridley N., Stuart H., Zwell L. Lattice parameters of Fe-C austenite of room temperature // Trans. Met. Soc. AIME. 1969. Vol. 246. No. 8. Р. 1834 – 1836.

32. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1977. – 407 с.


Для цитирования:


Громов В.Е., Юрьев А.А., Иванов Ю.Ф., Гришунин В.А., Коновалов С.В. ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ АТОМОВ УГЛЕРОДА В ДИФФЕРЕНЦИРОВАННО ЗАКАЛЕННЫХ РЕЛЬСАХ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(6):454-459. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-6-454-459

For citation:


Gromov V.E., Yur’ev A.A., Ivanov Y.F., Grishunin V.A., Konovalov S.V. REDISTRIBUTION OF CARBON ATOMS IN DIFFERENTIALLY CHARGED RAILS FOR LONG-TERM OPERATION. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(6):454-459. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-6-454-459

Просмотров: 107


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)