Випуски УФМ »  Том 17, випуск 3

Деґрадація структури та властивостей металу рейок за тривалої експлуатації

В. Є. Громов$^{1}$, Ю. Ф. Іванов$^{2,3}$, О. А. Перегудов$^{1}$, К. В. Морозов$^{4}$, А. П. Семін$^{1}$

$^1$Сибірський державний індустріальний університет, вул. Кірова, 42, 654007 Новокузнецьк, РФ
$^2$Національний дослідницький Томський політехнічний університет, просп. Академічний, 2/3, 634055, Томськ, РФ
$^3$Інститут сильноточної електроніки СВ РАН, просп. Академічний, 2/3, 634055, Томськ, РФ
$^4$ВАТ «ЄВРАЗ - Об’єднаний Західно-Сибірський металургійний комбінат», шосе Космічне, 16, 654043 Новокузнецьк, РФ

Отримана: 16.03.2016. Завантажити: PDF

Методами оптичної, сканувальної, просвічувальної електронної дифракційної мікроскопії та міряння мікротвердости й трибологічних параметрів встановлено закономірності зміни структурно-фазових станів і дефектної субструктури поверхневих шарів рейок до 10 мм по центральній вісі й викружці після довготривалої експлуатації (перепущений тоннаж 500 і 1000 мільйонів тонн брутто). Показано, що швидкість зношення по центральній вісі збільшується в 3 і 3,4 рази при перепущеному тоннажі 500 і 1000 мільйонів тонн, відповідно, а коефіцієнт тертя понижується в 1,4 і 1,1 рази. За характером зламу й рівню дефектности виділено та проаналізовано 3 шари: поверхневий, перехідний та основний об’єм металу. Після 500 мільйонів тонн перепущеного тоннажу пластини цементиту повністю руйнуються та формуються частинки цементиту округлої форми розмірами 10–50 нм. Після 1000 мільйонів тонн відмічено протікання початкової стадії динамічної рекристалізації. Обговорено можливі причини спостережуваних закономірностей. Відзначено, що при експлуатації рейок можливий перебіг двох конкуруючих процесів. (1) Процес розрізання частинок цементиту з наступним винесенням їх в об’єм феритних зерен або пластин (у структурі перлиту). (2) Процес розрізання, наступного розчинення частинок цементиту, переходу атомів C на дислокації (атмосфери Коттрелла), перенесення атомів C дислокаціями в об’єм зерен (чи пластин) фериту з наступним утворенням нанорозмірних частинок цементиту. Деформаційне перетворення криці спричинює збільшення скалярної та надлишкової густини дислокацій, величини кривизни-скруту кристалічної ´ратниці й амплітуди внутрішніх полів напруг. Виявлено елементи структури, здатні являтися концентраторами напруг. Виконано кількісну аналізу механізмів зміцнення рейок на різній відстани від поверхні катання по центральній вісі і по выкружці після тривалої експлуатації. Показано, що зміцнення носить багатофакторний характер і обумовлено субструктурним зміцнення, викликаним формуванням нанорозмірних фрагментів; дисперсійним зміцненням частинками карбідної фази; зміцненням, обумовленим формуванням на дислокаціях атмосфер Коттрелла і Сузуки; внутрішніми полями напруг, що формуються усередині та міжфазовими границями.

Ключові слова: структура, поверхня, рейки, експлуатація, фазовий склад, дефектна субструктура.

PACS: 61.72.Lk, 62.20.Qp, 81.40.Ef, 81.40.Np, 81.40.Pq, 81.65.Lp, 81.70.Bt

Citation: V. E. Gromov, Yu. F. Ivanov, O. A. Peregudov, K. V. Morozov, and A. P. Semin, Degradation of Structure and Properties of Metal of Rails at the Long-Term Operation, Usp. Fiz. Met., 17, No. 3: 253—296 (2016) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.17.03.253

Цитована література (45)  
  1. Е. А. Шур, Повреждения рельсов (Москва: Интекст: 2012).
  2. Е. Шейнман, Трение и износ, 33, № 4: 413 (2012).
  3. В. Е. Громов, А. Б. Юрьев, К. В. Морозов, Ю. Ф. Иванов, Микроструктура закалённых рельсов (Новокузнецк: ИнтерКузбасс: 2014).
  4. Дж. Кристиан, Железные дороги мира, № 10: 16 (2005) (пер. с англ.).
  5. К. В. Григорович, А. С. Трушкникова, А. М. Арсенкин, С. С. Шибаев, А. К. Гарбер, Металлы, № 5: 72 (2006).
  6. Д. В. Сталинский, Д. К. Нестеров, А. С. Рудюк, В. Е. Сапожков, Металлургическая и горнорудная промышленность, № 4: 64 (2009).
  7. Yu. Ivanisenko and H. J. Fecht, Steel Tech., 3, No. 1: 19 (2008).
  8. Yu. Ivanisenko, I. MacLaren, X. Sauvage, R. Z. Valiev, and H.-J. Fecht, Acta Mater., 54: 1659 (2006). Crossref
  9. Yu. Ivanisenko, W. Lojkowski, and H.-J. Fecht, Materials Science Forum, 539–543: 4681 (2007). Crossref
  10. M. A. Meyers, A. Mishra, and D. J. Benson, Progress in Materials Science, 51: 427 (2006). Crossref
  11. Д. Брандон, У. Каплан, Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля (Москва: Техносфера: 2004) (пер. с англ.).
  12. Л. М. Утевский, Дифракционная электронная микроскопия в металловедении (Москва: Металлургия: 1973).
  13. Г. Томас, М. Дж. Гориндж, Просвечивающая электронная микроскопия материалов (Москва: Наука: 1983) (пер. с англ.).
  14. М. М. Хрущов, Трение, износ и микротвёрдость материалов (Москва: Красанд: 2012).
  15. В. С. Чернявский, Стереология в металловедении (Москва: Металлургия: 1977).
  16. С. А. Салтыков, Стереометрическая металлография (Москва: Металлургия: 1970).
  17. П. Хирш, А. Хови, Р. Николсон, Д. Пэшли, М. Уэлан, Электронная микроскопия тонких кристаллов (Москва: Мир: 1968) (пер. с англ.).
  18. К. Эндрюс, Д. Дайсон, С. Кноун, Электронограммы и их интерпретация (Москва: Мир: 1970) (пер. с англ.).
  19. В. Е. Громов, Э. В. Козлов, В. И. Базайкин, В. Я. Целлермаер, Ю. Ф. Иванов, Физика и механика волочения и объемной штамповки (Москва: Недра: 1997).
  20. Л. И. Тушинский, А. А. Батаев, Л. Б. Тихомирова, Структура перлита и конструктивная прочность стали (Новосибирск: ВО Наука: 1993).
  21. В. С. Иванова, А. А. Шанявский, Количественная фрактография. Усталостное разрушение (Челябинск: Металлургия: 1988).
  22. В. Ф. Терентьев, Усталость металлических материалов (Москва: Наука: 2002).
  23. Л. Энгеле, Г. Клингеле, Растровая электронная микроскопия. Разрушение (Москва: Металлургия: 1986) (пер. с англ.).
  24. Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин, Превращения в железе и стали (Москва: Наука: 1977).
  25. Ю. Ф. Иванов, Е. В. Корнет, Э. В. Козлов, В. Е. Громов, Закаленная конструкционная сталь: Структура и механизмы упрочнения (Новокузнецк: Изд-во СибГИУ: 2010).
  26. Б. З. Беленький, Б. М. Фарбер, М. И. Гольдштейн, Физика металлов и металловедение, 39, № 3: 403 (1975).
  27. Т. Прнка, Металловедение и терм. обр. стали, № 7: 3 (1979).
  28. Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Е. Н. Никитина, Бейнитная конструкционная сталь: структура и механизмы упрочнения (Новокузнецк: СибГИУ: 2015).
  29. В. И. Трефилов, В. И. Моисеев, Э. П. Печковский, И. Д. Горная, А. Д. Васильев, Деформационное упрочение и разрушение поликристаллических металлов (Киев: Наукова думка: 1987).
  30. Статическая прочность и механика разрушения сталей: Сб. научных трудов (Ред. В. Даль, В. Антон) (Москва: Металлургия: 1986) (пер. с нем.).
  31. Ю. Ф. Иванов, К. В. Морозов, О. А. Перегудов, В. Е. Громов, Н. А. Попова, Е. Н. Никоненко, Проблемы чёрной металлургии и материаловедения, № 3: 49 (2015).
  32. В. Е. Громов, О. А. Перегудов, Ю. Ф. Иванов, К. В. Морозов, К. В. Алсараева, Вопросы материаловедения, № 3: 41 (2015).
  33. В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов, К. В. Морозов, О. А. Перегудов, К. В. Алсараева, Н. А. Попова, Е. Н. Никоненко, Фундаментальные проблемы современного материаловедения, 12, № 2: 203 (2015).
  34. Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, О. А. Перегудов, К. В. Морозов, А. Б. Юрьев, Изв. вузов. Чёрная металлургия, 58, № 4: 262 (2015).
  35. О. А. Перегудов, К. В. Морозов, В. Е. Громов, А. М. Глезер, Ю. Ф. Иванов, Деформация и разрушение материалов, № 11: 34 (2015).
  36. М. И. Гольдштейн, Б. М. Фарбер, Дисперсионное упрочнение стали (Москва: Металлургия: 1979).
  37. М. А. Штремель, Прочность сплавов. Часть II: Деформация (Москва: МИСиС: 1997).
  38. Д. Мак Лин, Механические свойства металлов (Москва: Металлургия: 1965) (пер. с англ.).
  39. А. А. Предводителев, Проблемы современной кристаллографии (Москва: Наука: 1975), с. 262.
  40. J. D. Embury, Strengthening Methods in Crystals (Eds. A. Kelly and R. B. Nicholson) (London: Applied Science Publishers: 1971), p. 331.
  41. V. E. Gromov, Yu. F. Ivanov, S. V. Vorobiev, and S. V. Konovalov, Fatigue of Steels Modified by High Intensity Electron Beams (Cambridge: CISP Ltd.: 2015).
  42. Н. А. Конева, Э. В. Козлов, Структурные уровни пластической деформации и разрушения (Новосибирск: Наука, Сибирское отделение: 1990), с. 123.
  43. Ф. Б. Пикеринг, Физическое металловедение и разработка сталей (Москва: Металлургия: 1982).
  44. N. F. Mott and F. R. N. Nabarro, Proc. Phys. Soc., 52, No. 1: 86 (1940). Crossref
  45. П. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др., Физические величины: Справочник (Ред. И. С. Григорьев, Е. 3. Мейлихов) (Москва: Энергоатомиздат: 1991).
Цитується (1)
  1. V. E. Gromov, A. A. Yur’ev, Yu. F. Ivanov, S. V. Konovalov et al., Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 39, 1599 (2018).

© 2013–2018 «ІМФ НАН України»