Анотація
Методами сучасного фізичного матеріалознавства виявлено закономірності та механізми формування структурно-фазових станів і властивостей на різній глибині у голівці рейок по центральній осі та викружці після диференційованого гартування 100-метрових рейок й екстремально тривалої експлуатації (пропущений тоннаж — 1411 млн. тон брутто). Показано, що диференційоване гартування супроводжується формуванням морфологічно багатопланової структури, представленої зернами пластинчастого перліту, ферито-карбідної суміші та структурно-вільного фериту. Структуру криці характеризували параметром кристалічної ґратниці α-Fe, рівнем мікронапружень, розміром областей когерентного розсіяння, величиною міжплатівкової віддалі, скалярною та надлишковою густинами дислокацій. Показано, що екстремально тривала експлуатація рейок супроводжується множинним перетворенням структури металу головки рейок: по-перше, руйнуванням структури платівчастого перліту та формуванням в об’ємі перлітових колоній субзеренної структури субмікронних (100–150 нм) розмірів; по-друге, виділенням по межах і в об’ємі субзерен частинок фази карбіду нанометрового діапазону; по-третє, зростанням мікроспотворень кристалічної ґратниці криці; по-четверте, деформаційним наклепом металу, що спричинює збільшення (в 1,5 рази щодо вихідного стану) скалярної та надлишкової густин дислокацій. Тривала експлуатація рейок супроводжується формуванням ґрадієнту структурних складових, що полягає у закономірній зміні відносного вмісту платівчастого перліту, зруйнованого перліту та структури ферито-карбідної суміші по перерізу головки рейок. По мірі наближення до поверхні викружки рейок відносний вміст об’єму металу зі структурою платівчастого перліту понижується, а зі структурою зруйнованого перліту та ферито-карбідної суміші збільшується. Встановлено, що характерною особливістю структури ферито-карбідної суміші є нанорозмірний діапазон зерен, субзерен і частинок фази карбіду, що формують її — розмір зерен і субзерен, які формують даний тип структури, змінюється в межах 40–70 нм; розмір частинок карбідної фази, розташованих на межі зерен і субзерен, змінюється в межах 8–20 нм. Виявлено багаточинниковий характер зміцнення криці, що зумовлено, по-перше, субструктурним зміцненням, спричиненим формуванням субмеж фраґментів, межі яких стабілізовано частинками карбідної фази; по-друге, зміцненням частинками карбідної фази, розташованими в обсязі фраґментів і на елементах дислокаційної субструктури (дисперсійне зміцнення); по-третє, зміцненням, зумовленим осадженням на дислокаціях атомів Карбону (формуванням Коттреллових атмосфер); по-четверте, зміцненням, внесеним внутрішніми полями напружень, спричиненими несумісністю деформації кристалічних ґратниць структурних складових α-фази та частинок фази карбіду.