Деградация структуры и свойств металла рельсов при длительной эксплуатации
| Parent link: | Успехи физики металлов Т. 17, № 3.— 2016.— [С. 253-296] |
|---|---|
| Corporate Author: | |
| Other Authors: | , , , , |
| Summary: | Заглавие с экрана Методами оптической, сканирующей, просвечивающей электронной дифракционной микроскопии и измерения микротвёрдости и трибологических параметров установлены закономерности изменения структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры поверхностных слоев рельсов до 10 мм по центральной оси и выкружке после длительной эксплуатации (пропущенный тоннаж 500 и 1000 миллионов тонн брутто). Показано, что скорость износа по центральной оси увеличивается в 3 и 3,4 раза при пропущенном тоннаже 500 и 1000 миллионов тонн, соответственно, а коэффициент трения снижается в 1,4 и 1,1 раза. По характеру излома и уровню дефектности выделены и проанализированы 3 слоя: поверхностный, переходный и основной объём металла. После 500 миллионов тонн пропущенного тоннажа пластины цементита полностью разрушаются и формируются частицы цементита округлой формы размерами 10–50 нм. После 1000 миллионов тонн отмечено протекание начальной стадии динамической рекристаллизации. Обсуждены возможные причины наблюдаемых закономерностей. Отмечено, что при эксплуатации рельсов возможно протекание двух конкурирующих процессов. (1) Процесс разрезания частиц цементита с последующим выносом их в объём ферритных зёрен или пластин (в структуре перлита). (2) Процесс разрезания, последующего растворения частиц цементита, перехода атомов C на дислокации (атмосферы Коттрелла), перенос атомов C дислокациями в объём зёрен (или пластин) феррита с последующим формированием наноразмерных частиц цементита. Деформационное преобразование стали приводит к увеличению скалярной и избыточной плотности дислокаций, величины кривизны-кручения кристаллической решётки и амплитуды внутренних полей напряжений. Выявлены элементы структуры, способные являться концентраторами напряжений. Выполнен количественный анализ механизмов упрочнения рельсов на различном расстоянии от поверхности катания по центральной оси и по выкружке после длительной эксплуатации. Показано, что упрочнение носит многофакторный характер и обусловлено субструктурным упрочнением, вызванным формированием наноразмерных фрагментов; дисперсионным упрочнением частицами карбидной фазы; упрочнением, обусловленным формированием на дислокациях атмосфер Коттрелла и Сузуки; внутренними полями напряжений, формирующимися внутри- и межфазными границами. The regularities of changes in structure-phase states and defect substructure of rails' surface layers up to 10 mm along the central axis and along the fillet following the long-term operation (passed gross tonnage of 500 and 1000 millions of tons) are determined by methods of optical, scanning, and transmission electron diffraction microscopy as well as by measuring microhardness and tribological parameters. As shown, the wear rate along the central axis is increased by 3 and 3.4 times at passed tonnage of 500 and 1000 millions of tons, respectively, and the friction factor is decreased by 1.4 and 1.1 times. Three layers are selected and analysed by both the fracture behaviour and the level of imperfection: surface and transition ones and main bulk of metal. The cementite plates are destructed completely, and cementite particles of round shape and of 10-50 nm in size are formed after passed tonnage of 500 millions of tons. The starting stage of dynamic recrystallization is noticed to proceed after 1000 millions of tons. The possible reasons of the observed regularities are discussed. As noticed, two competitive processes may proceed during operation of rails. The first one is a process of cementite particle cutting followed by their carrying to bulk of ferrite grains or plates (in pearlite structure). The second one is a process of cutting, subsequent dissolution of cementite particles, transition of C atoms on dislocations (into the Cottrell atmospheres), C atoms' transfer by dislocations into bulk of grains (or plates) of ferrite followed by the formation of nanosize cementite particles. Steel deformation transformation results in increase of scalar and excess dislocation density, curvature-torsion value of crystal lattice, and amplitude of internal-stress fields. The elements of structure capable of being stress concentrators are detected. Qualitative analysis of rails' hardening mechanisms at different distance from tread surface along the central axis and along the fillet after long-term operation is carried out. As shown, the hardening has a multifactor character and is caused: by the substructure hardening and brought about by the formation of nanosize fragments; dispersion hardening of carbide-phase particles; hardening caused by formation of the Cottrell and Suzuki atmospheres on dislocations; internal-stress fields being formed by inner- and interphase boundaries. |
| Published: |
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://doi.org/10.15407/ufm.17.03.253 http://ufm.imp.kiev.ua/ru/abstract/v17/i03/253.html |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=656131 |
| Summary: | Заглавие с экрана Методами оптической, сканирующей, просвечивающей электронной дифракционной микроскопии и измерения микротвёрдости и трибологических параметров установлены закономерности изменения структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры поверхностных слоев рельсов до 10 мм по центральной оси и выкружке после длительной эксплуатации (пропущенный тоннаж 500 и 1000 миллионов тонн брутто). Показано, что скорость износа по центральной оси увеличивается в 3 и 3,4 раза при пропущенном тоннаже 500 и 1000 миллионов тонн, соответственно, а коэффициент трения снижается в 1,4 и 1,1 раза. По характеру излома и уровню дефектности выделены и проанализированы 3 слоя: поверхностный, переходный и основной объём металла. После 500 миллионов тонн пропущенного тоннажа пластины цементита полностью разрушаются и формируются частицы цементита округлой формы размерами 10–50 нм. После 1000 миллионов тонн отмечено протекание начальной стадии динамической рекристаллизации. Обсуждены возможные причины наблюдаемых закономерностей. Отмечено, что при эксплуатации рельсов возможно протекание двух конкурирующих процессов. (1) Процесс разрезания частиц цементита с последующим выносом их в объём ферритных зёрен или пластин (в структуре перлита). (2) Процесс разрезания, последующего растворения частиц цементита, перехода атомов C на дислокации (атмосферы Коттрелла), перенос атомов C дислокациями в объём зёрен (или пластин) феррита с последующим формированием наноразмерных частиц цементита. Деформационное преобразование стали приводит к увеличению скалярной и избыточной плотности дислокаций, величины кривизны-кручения кристаллической решётки и амплитуды внутренних полей напряжений. Выявлены элементы структуры, способные являться концентраторами напряжений. Выполнен количественный анализ механизмов упрочнения рельсов на различном расстоянии от поверхности катания по центральной оси и по выкружке после длительной эксплуатации. Показано, что упрочнение носит многофакторный характер и обусловлено субструктурным упрочнением, вызванным формированием наноразмерных фрагментов; дисперсионным упрочнением частицами карбидной фазы; упрочнением, обусловленным формированием на дислокациях атмосфер Коттрелла и Сузуки; внутренними полями напряжений, формирующимися внутри- и межфазными границами. The regularities of changes in structure-phase states and defect substructure of rails' surface layers up to 10 mm along the central axis and along the fillet following the long-term operation (passed gross tonnage of 500 and 1000 millions of tons) are determined by methods of optical, scanning, and transmission electron diffraction microscopy as well as by measuring microhardness and tribological parameters. As shown, the wear rate along the central axis is increased by 3 and 3.4 times at passed tonnage of 500 and 1000 millions of tons, respectively, and the friction factor is decreased by 1.4 and 1.1 times. Three layers are selected and analysed by both the fracture behaviour and the level of imperfection: surface and transition ones and main bulk of metal. The cementite plates are destructed completely, and cementite particles of round shape and of 10-50 nm in size are formed after passed tonnage of 500 millions of tons. The starting stage of dynamic recrystallization is noticed to proceed after 1000 millions of tons. The possible reasons of the observed regularities are discussed. As noticed, two competitive processes may proceed during operation of rails. The first one is a process of cementite particle cutting followed by their carrying to bulk of ferrite grains or plates (in pearlite structure). The second one is a process of cutting, subsequent dissolution of cementite particles, transition of C atoms on dislocations (into the Cottrell atmospheres), C atoms' transfer by dislocations into bulk of grains (or plates) of ferrite followed by the formation of nanosize cementite particles. Steel deformation transformation results in increase of scalar and excess dislocation density, curvature-torsion value of crystal lattice, and amplitude of internal-stress fields. The elements of structure capable of being stress concentrators are detected. Qualitative analysis of rails' hardening mechanisms at different distance from tread surface along the central axis and along the fillet after long-term operation is carried out. As shown, the hardening has a multifactor character and is caused: by the substructure hardening and brought about by the formation of nanosize fragments; dispersion hardening of carbide-phase particles; hardening caused by formation of the Cottrell and Suzuki atmospheres on dislocations; internal-stress fields being formed by inner- and interphase boundaries. |
|---|---|
| DOI: | 10.15407/ufm.17.03.253 |