Формирование структуры дифференцированно закаленных 100-метровых рельсов при длительной эксплуатации

Методами современного физического материаловедения выполнен анализ структурно-фазовых состояний и механических свойств поверхности катания на расстоянии от 0 до 22 мм по центральной оси и по выкружке дифференцировано закаленных 100-м рельсов категории ДТ 350 производства АО «ЕВРАЗ – Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» после длительной эксплуатации (пропущенный тоннаж 1411 млн. т брутто) на экспериментальном испытательном кольце. По химическому составу металл рельсов удовлетворяет требованиям ТУ 0921-276-01124323 – 2012 для стали марки Э76ХФ. Ударная вязкость и твердость на поверхности катания головки и по сечению соответствуют требованиям ТУ. Микроструктура металла рельсов представлена мелкодисперсным пластинчатым перлитом 1,5 балла с включениями избыточного феррита по границам зерен (1,5 балла шкалы № 7 ГОСТ 8233). Межпластинчатое расстояние в головке рельса изменяется в пределах 0,10 – 0,15 мкм. Длительная эксплуатация рельсов сопровождается формированием градиентной структуры, выражающейся в закономерном изменении твердости, микротвердости, ударной вязкости по сечению головки рельсов. Микротвердость на глубине 2 мм от поверхности катания составляет 1481 – 1486 МПа. На глубине до 10 мм микротвердость снижается до 1210 – 1385 МПа, что обусловлено увеличением межпластинчатого расстояния и снижением уровня деформационного упрочнения металла при длительной эксплуатации рельсов. Высказано предположение, что это может быть обусловлено увеличением межпластинчатого расстояния и снижением уровня деформационного упрочнения при длительной эксплуатации.

структура, твердость, микротвердость, дифференцировано закаленные рельсы, длительная эксплуатация

1. Gromov V.E., Yuriev A.B., Morozov K.V., Ivanov Y.F. Microstructure of quenched rails. – Carbide: CISP Ltd, 2016. – 153 p.

2. Шур Е.А. Повреждения рельсов. – М.: Интекст, 2012. – 192 с.

3. Ivanisenko Yu., Fecht H.J. Microstructure modification in the surface layers of railway rails and wheels // Steel Tech. 2008. Vol. 3. No. 1. P. 19 – 23.

4. Ivanisenko Yu., MacLaren I., Souvage X., Valiev R.Z., Fecht H.J. Shear-induced α → γ transformation in nanoscale Fe–C composite // Acta Mater. 2006. Vol. 54. P. 1659 – 1669.

5. Ning Jiang-li, Courtois-Manara E., Kurmanaeva L., Ganeev A.V., Valiev R.Z., Kubel C., Ivanisenko Yu. Tensile properties and work hardening behaviors of ultrafine grained carbon steel and pure iron processed by warm high pressure torsion // Mater. Sci. and Eng.: A. 2013. Vol. 581. P. 8 – 15.

6. Gavriljuk V.G. Decomposition of cementite in pearlitic steel due to plastic deformation // Mater. Sci. and Eng.: A. 2003. Vol. 345. No. 1-2. P. 81 – 89.

7. Li Y.J., Chai P., Bochers C., Westerkamp S., Goto S., Raabe D., Kirchheim R. Atomic-scale mechanisms of deformation-induced cementite decomposition in pearlite // Acta Mater. 2011. Vol. 59. No. 10. P. 3965 – 3977.

8. Gavriljuk V.G. Effect of interlamellar spacing on cementite dissolution during wire drawing of pearlitic steel wires // Scripta Mater. 2001. Vol. 45. No. 12. P. 1469 – 1472.

9. Шейнман Е. Износ рельсов // Трение и износ. 2012. Т. 33. № 4. С. 413 – 422.

10. Анисимов П.С. Влияние конструкции и параметров тележек на износ колес и рельсов // Железнодорожный транспорт. 1999. № 6. С. 38 – 42.

11. Gromov V.E., Yuriev A.A., Ivanov Yu.F. et al. Defect substructure change in 100-m differentially hardened rails in long-term operation // Materials Letters. 2017. Vol. 209. P. 224 – 227.

12. Gromov V.E., Yuriev A.A., Peregudov O.A. et al. Physical nature of structure and properties degradation of rail surface after long term operation // AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 1909. P. 020066.

13. Влияние износа рельсов и лубрикации на взаимодействие экипажа пути // Железные дороги мира. 2003. № 9. С. 66 – 70.

14. Ермаков В.М. Анализ эффективности работы дорог по снижению износов «колесо-рельс» // Железнодорожный транспорт. 2005. № 7. С. 58 – 64.

15. Лысюк В.С. О причинах схода вагонов и износа рельсов в кривых // Железнодорожный транспорт. 2004. № 11. С. 50 – 52.

16. Шаповалов В.В., Щербак П.Н., Майба И.А., Костыгов В.Т. Методы устранения износа колес и рельсов // Железнодорожный транспорт. 2004. № 3. С. 111 – 115.

17. Grebe М. Пути снижения износа колес и рельсов // Железные дороги мира. 2002. № 4. С. 65 – 72.

18. Zhong W., Hu J.J., Shen P. Wang C.Y., Lius Q.Y. Experimental investigation between rolling contact fatigue and wear of high-speed and heavy-haul railway and selection of rail material // Wear. 2011. Vol. 271. No. 9-10. P. 2485 – 2493.

19. Tyfour W.R., Beynon J.H., Kapoor A. The steady state wear behavior of pearlitic rail steel under dry rolling-sliding contact conditions // Wear. 1995. Vol. 180. No. 1-2. P. 79 – 89.

20. Singh U.P., Singh R. Wear investigation of wheel and rail steels under conditions of sliding and rolling-sliding contact with particular regard to microstructural parameters // Wear. 1993. Vol. 170. No. 1. P. 93 – 99.

21. Распоряжение ОАО «РЖД» № 2499р от 23.10.2014. Об утвержд. и введении в действие Инструкции «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов». ОАО Российские железные дороги. – М., 2014.