РАЗРУШЕНИЕ ПЛАСТИНЧАТОГО ПЕРЛИТА ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ РЕЛЬСОВ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ  : YPKKNK

Юрий Федорович  Иванов; Виктор Евгеньевич  Громов; Михаил Анатольевич Порфирьев; Роман Евгеньевич  Крюков; Виталий Владиславович  Шляров

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.024

Авторы

Юрий Федорович Иванов Институт сильноточной электроники СО РАН https://orcid.org/0000-0001-8022-7958
Виктор Евгеньевич Громов Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0002-5147-5343
Михаил Анатольевич Порфирьев Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0003-3602-5739
Роман Евгеньевич Крюков Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0002-3394-7941
Виталий Владиславович Шляров Сибирский государственный индустриальный университет https://orcid.org/0000-0001-8130-648X

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.04.024

Ключевые слова:

разрушение цементита, поверхность, рельсы, экстинкционные контуры, дислокации, эксплуа-тация, электронная микроскопия.

Аннотация

Методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) выполнен анализ структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры поверхностных слоев рельсов категории ДТ400, изготовленных из электростали Э90ХАВ, после испытаний на экспериментальном кольце РЖД в г. Щербинке (пропущенный тоннаж 187 млн. тонн брутто). Анализ проведен на глубине до 2 мм по радиусу скругления выкружки. Структура рельсовой стали представлена преимущественно зернами пластинчатого перлита, в феррите которого наблюдается дислокационная субструктура, сформированная хаотически распределенными дислокациями и сетками. Выявлено формирование изгибных контуров экстинкции и выявлены источники кривизны–кручения кристаллической решетки. Средние поперечные размеры экстинкционных контуров достигают минимальных значений на глубине 2 мм. Установлена зависимость скалярной плотности дислокаций от расстояния до поверхности выкружки головки рельса. На расстоянии 2 мм от поверхности скалярная плотность максимальна. Показано, что в процессе эксплуатации происходит трансформация перлитной структуры, заключающаяся в разрезании пластин цементита движущимися дислокациями и вытягивание атомов углерода из цементита в ферритную матрицу

Библиографические ссылки

Structure and properties of lengthy rails after extreme long-term operation / A.A. Yuriev [et al.] Millersville, PA, USA: Materials Research Forum LLC, 2021.

Shear-induced α → γ transformation in nanoscale Fe–C composite / Yu. Ivanisenko [et al.] // Acta Materialia. 2006. V. 54. P. 1659–1669. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.11.034.

The mechanical properties of the nano-crystalline layer on the surface of railway tracks / W. Lojkowski [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2003. V. 303. № 1–2. P. 209–215. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01948-1.

Nanostructure formation on the surface of railway tracks / W. Lojkowski [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2001. V. 303. P. 197–208.

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. V. 3. № 1. P. 19–23.

Takahashi J., Kawakami K., Ueda M. Atom probe tomography analysis of the white etching layer in a railtrack surface // Acta Materialia. 2010. V. 58. P. 3602–3612. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.02.030.

Деформационное преобразование структуры и фазового состава поверхности рельсов при сверхдлительной эксплуатации / В.Е. Громов [и др.] // Деформация и разрушение материалов. 2022. № 1. С. 35–39. DOI: 10.31044/1814-4632-2022-1-35-39.

Gavrilyuk V.G. Decomposition of cementite in pearlitic steel due to plastic deformation // Materials Science and Engineering: A. 2003. V. 345. P. 81–89. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00358-1.

Newcomb S.B., Stobbs W.M. A transmission electron microscopy study of the white-etching layer on a railhead // Materials Science and Engineering. 1984. V. 66. P. 195–204.

Ishida M. Rolling contact fatigue (RCF) defects of rails in Japanese railways and its mitigation strategies // Electronic Journal of Structural Engineering. 2013. V. 13. P. 67–74. https://doi.org/ 10.56748/ejse.131621.

Steenbergen M., Dollevoet R. On the mechanism of squat formation on train rails: Part I. Origination // International Journal of Fatigue. 2013. V. 47. P. 361–372. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue. 2012.04.023.

Carroll R.J., Beynon J.H. Rolling contact fatigue of white layer. Crock morphologe // Wear. 2007. V. 262. P. 1253–1266. doi : 10.1016/j.wear. 2007.01.003.

Градиенты структуры, фазового состава и дислокационной субструктуры рельсов при сверхдлительной эксплуатации / Р.В. Кузнецов [и др.] // Известия Алтайского государственного университета. 2022. № 1. С. 44–50. https://doi.org/ 10.14258/izvasu(2022)1-06.

Формирование тонкой структуры перлит-ной стали при сверхдлительной пластической деформации / К.В. Григорович [и др.] // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2022. Т. 503. С. 8–12. DOI : 10.31857/S2686740022020079.

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

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

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

Конева Н.А., Козлов Э.В. Дислокационная структура и физические механизмы упрочнения металлических материалов // Перспективные материалы. Структура и методы исследования : учеб. пособие / Под ред. Д.Л. Меерсона. Тула : ТГУ. М. : МИСиС. 2006. С. 267–320.

Физика и механика волочения и объемной штамповки / В.Е. Громов [и др.]. М., Недра, 1997.

Tsellermaer V.Y. Substructural and phase transformations during intense plastic deformation of metals // Steel in Translation. 1999. V. 29. № 12. P. 75–81.

Эволюция тонкой структуры и свойств металла рельсов при длительной эксплуатации / В.Е. Панин [и др.] // Физическая мезомеханика. 2020. Т. 23. № 5. С. 85–94. DOI : 10.24411/1683-805X-2020-15007.

Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В. Нелинейные волновые процессы в деформируемом твердом теле как многоуровневой иерархически организованной системе // УФН. 2012. Т. 182. № 12. С. 1351–1357. https://doi.org/ 10.3367/UFNr.0182.201212i.1351.

Роль кривизны решетки в деградации структуры поверхностного слоя металла рельсов при длительной эксплуатации / В.Е. Панин [и др.] // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2020. Т. 494. С. 68–71. DOI : 10.31857/S2686740020050144.

Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М. : Металлургия, 1986.