ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ РЕЛЬСОВ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Методами современного физического материаловедения выявлены закономерности преобразования структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры поверхностного слоя (глубиной до 10 мм) рельсов в процессе длительной эксплуатации (пропущенный тоннаж 1000 млн. т брутто). Построены профили микротвердости, выявлен факт снижения прочностных характеристик поверхностности катания рельса после эксплуатации на железной дороге. Эксплуатация рельсов приводит к формированию многослойной структуры. Показано, что поверхностный слой толщиной примерно 20 мкм имеет многофазную субмикро- и нанокристаллическую структуру, содержит микропоры и микротрещины. Структура слоя, расположенного на расстоянии 2 мм от поверхности катания, по морфологическому признаку подобна структуре стали до эксплуатации и представлена зернами перлита преимущественно пластинчатой морфологии, зернами феррито-карбидной смеси и зернами структурно свободного феррита. Отмечена повышенная плотность изгибных экстинкционных контуров на глубине 2 мм от поверхности катания. Показано, что максимальная амплитуда полей напряжений формируется на межфазной границе глобулярная частица – матрица.

1. Shur E.A. Povrezhdenie rel’sov [Rail damage]. Moscow: Intekst, 2012. 192 p. (In Russ.).

2. Sheinman E. Wear of rails. A review of the American press. Journal of Friction and Wear. 2012, Vol. 33, no. 4, pp. 308–314.

3. Ivanisenko Yu., Fecht H.J. Microstructure modifi cation in the Surface Layers of Railway Rails and Wheels. Steel tech. 2008, Vol. 3, no. 1, pp. 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 Mater. 2006, Vol. 54, pp. 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 ultrafi ne grained carbon steel and pure iron processed by warm high pressure torsion. Mater. Sci. and Eng. A. 2013, Vol. 581, pp. 81–89.

6. Gavriljuk V.G. Decomposition of cementite in pearlitic steel due to plastic deformation. Mater. Sci. and Eng. A. 2003, Vol. 345, pp. 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, pp. 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, pp. 1469–1472.

9. Gromov V.E., Yur’ev A.B., Morozov K.V., Ivanov Yu.F. Mikrostruktura zakalennykh rel’sov [Microstructure of hardened rails]. Novokuznetsk: Inter-Kuzbass, 2014. 213 p. (In Russ.).

10. Hirsh P., Hovi R., Nicholson R., Pashley D.W., Whelan M.J. The Electron Microscopy of Thin Crystals. Butterworths, 1965. 549 p.

11. (Russ. ed.: Hirsh P., Hovi R., Nicholson R. etc. Elektronnaya mikroskopiya tonkikh kristallov. Moscow: Mir, 1968. 574 p.).

12. Koneva N.A., Kozlov E.V. Nature of substructural hardening. Soviet Physics Journal. 1982, Vol. 25, no. 8, pp. 681–691.

13. Gromov V.E., Kozlov E.V., Bazaikin V.I., Tsellermaer V.Ya., Ivanov Yu.F., Ignatenko L.N., Popova N.V., Chinokalov V.Ya., Poltoratskii L.M., Zakirov D.M. Fizika i mekhanika volocheniya i ob”emnoi shtampovki [Physics and mechanics of drawing and die forging]. Moscow: Nedra, 1997. 293 p. (In Russ.).