Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Трансформация структурно-фазовых состояний в головке рельсов при экстремально длительной эксплуатации

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-3-209-215

Полный текст:

Аннотация

На макро-, микро- и наномасштабном уровне методами оптической, сканирующей и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии выявлены количественные преобразования структуры на глубине 0, 2, 5, 10 мм по центральной оси и оси симметрии выкружки головки длинномерных дифференцированно закаленных рельсов после экстремально длительной эксплуатации (пропущенный тоннаж 1770 млн т брутто). На макромасштабном уровне на поверхности рабочей выкружки наблюдаются многочисленные неглубокие параллельные трещины контактной усталости, а на поверхности нерабочей выкружки – мелкие выкрашивания. Боковой износ рельса составил 2,5 мм, а вертикальный – 2 мм. Микроструктура металла головки рельса соответствует требованиям стандарта и техническим условиям РЖД. На микромасштабном уровне установлена трансформация пластин цементита путем его разрезания движущимися дислокациями и растворения с уходом углерода на линии дислокаций, мало- и большеугловые границы. Отмечается уменьшение дисперсности микроструктуры по мере удаления от поверхности катания. На наномасштабном уровне формирующаяся в поверхностных слоях субзеренная структура (размер субзерен 110 – 200 мкм) содержит наноразмерные частицы цементита (25 – 60 нм), локализованные в стыках и вдоль границ субзерен. Высказано предположение, что данный тип структуры формируется как результат динамической рекристаллизации при мегапластической деформации, реализуемой в процессе экстремально длительной эксплуатации рельсов. Содержание субзеренной структуры в слое выкружки в пять раз превышает содержание в поверхностном слое поверхности катания. Установлено, что в процессе эксплуатации преобразование пластинчатого перлита по центральной оси головки протекает медленнее, чем по оси симметрии выкружки.

Об авторах

Р. В. Кузнецов
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Роман Вадимович Кузнецов, соискатель степени к.т.н. кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42



В. Е. Кормышев
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Василий Евгеньевич Кормышев, к.т.н., старший научный сотрудник Управления научных исследований

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42



В. Е. Громов
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

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

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42



Ю. Ф. Иванов
Институт сильноточной электроники СО РАН
Россия

Юрий Федорович Иванов, д.ф.-м.н., главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники

634055, Томск, Академический пр., 2/3



Ю. А. Шлярова
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия

Юлия Андреевна Шлярова, аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, Новокузнецк, ул. Кирова, 42



Список литературы

1. Yuriev A.A., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Rubannikova Yu.A., Starostenkov M.D., Tabakov P.Y. Structure and Properties of Lengthy Rails after Extreme Long-Term Operation. Materials Research Forum LLC, 2021. 193 p.

2. Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Kormyshev V.E., Yuriev A.A., Semin A.P., Rubannikova Yu.A. Change in structural-phase states and properties of lengthy rails during extremely long-term operation // Progress in Physics of Metals. 2020. Vol. 21. No. 4. P. 527–553. https://doi.org/10.15407/ufm.21.04.527

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

4. Ivanisenko Yu., Maclaren I., Sauvage X., Valiev R.Z., Fecht H.-J. Shear-induced α→γ transformation in nanoscale Fe–C composite // Acta Materialia. 2006. Vol. 54. No. 6. P. 1659–1669. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.11.034

5. Wu J., Petrov R.H., Kölling S., Koenraad P., Malet L., Godet S., Sietsma J. Micro and nanoscale characterization of complex multilayer-structured white etching layer in rails // Metals. 2018. Vol. 8. No. 10. P. 749–761. https://doi.org/10.3390/met8100749

6. Zhang H.W., Ohsaki S., Mitao S., Ohnuma M., Hono K. Microstructural investigation of white etching layer on pearlite steel rail // Material Science and Engineering: A. 2006. Vol. 421. No. 1–2. P. 191–199. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.01.033

7. Takahashi J., Kawakami K., Ueda M. Atom probe tomography analysis of the white etching layer in a rail track surface // Acta Materialia. 2010. Vol. 58. No. 10. P. 3602–3612. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.02.030

8. Newcomb S.B., Stobbs W.M. A transmission electron microscopy study of the white-etching layer on a rail head // Material Science and Engineering. 1984. Vol. 66. No. 2. P. 195–204. https://doi.org/10.1016/0025-5416(84)90180-0

9. Lojkowski W., Djahanbakhsh M., Bürkle G., Gierlotka S., Zielleski W., Fecht H.-J. Nanostructure formation on the surface of railway tracks // Material Science and Engineering: A. 2001. Vol. 303. No. 1–2. P. 197–208. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01947-X

10. Wild E., Wang L., Hasse B., Wroblewski T., Goerigk G., Pyzalla A. Microstructure alterations at the surface of a heavily corrugated rail with strong ripple formation // Wear. 2003. Vol. 254. No. 9. P. 876–883. https://doi.org/10.1016/S0043-1648(03)00239-4

11. Ishida M. Rolling contact fatigue (RCF) defects of rails in Japanese railways and its mitigation strategies // Electronic Journal of Structural Engineering. 2013. Vol. 13. No. 1. P. 67–74.

12. Инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов». Москва: Распоряжение ОАО «РЖД» № 2499 от 23.10.2014.

13. Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Microscopy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer, 2014. 717 p.

14. Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016. 518 p.

15. Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Publishing, 2016. 196 р.

16. Томас Г., Гориндж М.Дж. Просвечивающая электронная микроскопия материалов. Москва: Наука, 1983. 320 с.

17. Электронная микроскопия тонких кристаллов / П. Хирш, А. Хови, Р. Николсон, Д. Пэшли, М. Уэлан. Москва: Мир, 1968. 574 с.

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

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

20. Глезер А.М. О природе сверхвысокой пластической (мегапластической) деформации // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2007. Т. 71. № 12. С. 1764–1772.


Рецензия

Для цитирования:


Кузнецов Р.В., Кормышев В.Е., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Шлярова Ю.А. Трансформация структурно-фазовых состояний в головке рельсов при экстремально длительной эксплуатации. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2022;65(3):209-215. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-3-209-215

For citation:


Kuznetsov R.V., Kormyshev V.E., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Shlyarova Yu.A. Transformation of structural-phase states in rail head at extremely long-term operation. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2022;65(3):209-215. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-3-209-215

Просмотров: 39


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


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