Изучение деформации рельсовых сталей в процессе эксплуатации
Автор: Павел Олегович Буковский
Соавторы: Муравьева Т.И., Щербакова О.О., Шкалей И.В.
Организация: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
В данной работе были изучены контактно-усталостные повреждения в приповерхностных слоях головки рельса в области сварного стыка на основе экспериментальных данных о механических свойствах и изменении структуры рельсовой стали в процессе эксплуатации. Объектами исследовании служили образцы, изготовленные из рельсовой стали категории ДТ350 общего назначения: исходный (без наработанного тоннажа) и после эксплуатации при различных условиях. Образцы отличались значениями пропущенного тоннажа с момента первичной укладки до изъятия. Поверхностные слои рельсов в зоне сварных стыков были исследованы методом сканирующей электронной микроскопии на приборе Quanta 650. Микротвердость измеряли на твердомере Shimadzu HMV-2000 при вдавливании алмазной четырехгранной пирамиды Виккерса.
Известно [1], что в зоне сварных стыков эта сталь имеет локальное понижение твердости, обусловленное процессом сварки и термической обработкой после нее. Поэтому были проведены исследования образцов у поверхности катания в различных зонах: непосредственно линия сплавления, зона термического влияния (ЗТВ) при сварке, зона термической обработки (ТО) и зона основного металла. В качестве примера приведены результаты, полученные для образца из рельсовой стали, пропущенный тоннаж которого составлял 442,2 млн. т. брутто. На рис. 1а представлены полученные результаты по измерению твердости. Среднее отклонение от фактического значения составляет 5–10%. На рис.1б дано СЭМ - изображение микроструктуры на расстоянии 10 мм вглубь от поверхности катания.
Установлено, что структурные особенности определяют механические свойства материала в зоне сварного стыка, в частности, зафиксирована зависимость твердости от расстояния до линии сплавления. Показано, что в зоне стыка, вследствие пониженной твердости, в результате воздействия колес происходит пластическое смятие с образованием деформированного слоя, которому свойственны различные стадии деформации и разрушения материала.
Исследование выполнено по теме государственного задания (№ госрегистрации АААА-А20-120011690132-4) и частично при финансовой поддержке РФФИ, НТУ «Сириус», ОАО «РЖД» и Образовательного Фонда «Талант и успех» в рамках научного проекта № 20-38-51005.
1.Шур Е.А., Федин В.М., Борц А.И., Ронжина Ю.В., Фимкин А.И. Пути устранения повышенной повреждаемости рельсов в зоне сварных стыков // Вестник ВНИИЖТ. 2019. Т. 78. №4. С. 210-217.
