Physical Nature of Strengthening Mechanisms During Extremely Long-Term Operation of Rails

Abstract

The quantitative estimation of strengthening mechanisms of rails’ surface layer is carried out on the basis of regularities and formation mechanisms of structure-phase states revealed by the methods of modern physical materials science. It is performed at different depths of the rail head along the central axis and fillet of differentially quenched 100-meter rails after the extremely long-term operation (gross passed tonnage of 1411 mln tons). A long-term operation of rails is accompanied by the formation of structural constituent gradient consisting of a regular change in the relative content of lamellar pearlite, fractured pearlite, the structure of ferrite-carbide mixture, scalar, and excess dislocation density along the cross-section of the rail head. As the distance to the rail fillet surface decreases, the relative content of metal volume with lamellar pearlite decreases. However, the relative content of metal volume with the presence of the fractured pearlite structure and ferrite-carbide mixture increases. The contributions caused by the matrix lattice friction, intraphase boundaries, dislocation substructure, presence of carbide particles, internal stress fields, solid-solution strengthening, pearlite component of steel structure are estimated. It is shown that the main mechanism of strengthening in the surface layer is due to the interaction of moving dislocations with low-angle boundaries of nanometer dimensional fragments and subgrains. The main dislocation strengthening mechanism in a near-surface layer at a depth of 2-10 mm is due to the interaction of moving dislocations with immobile ones.

Прочностные, Трибологические Свойства И Структурно-Фазовые Состояния Рельсовых Сталей

“…Важность информации о структурнофазовом состоянии, прочностных и трибологических свойствах новых видов рельсов определяется глубиной фундаментальных проблем физического материаловедения, с одной стороны, и практической значимостью проблемы, с другой, поскольку рельсы производятся из стали перлитного класса [2-7]. В работах [8][9][10][11][12][13][14] выполнены оценки механизмов упрочнения рельсов при различных сроках длительной эксплуатации, различных видах деформации и проанализированы стадии трансформации пластинчатого перлита [1,15,16].…”

Оценка Механизмов Упрочнения Рельсовой Стали При Сжатии

“…Выявление таких механизмов возможно лишь при анализе закономерностей эво-люции параметров тонкой структуры и оценке вкладов структурных составляющих и дефектной субструктуры в упрочнение рельсов при эксплуатации. В работах [13][14][15][16][17][18][19] 0,73 0,75 0,58 0,42 0,012 0,007 0,07 0,13 0,003 0,006 0,04 0,003 Исследования структуры стали проводили, используя методы оптической микроскопии (микровизор металлографический µVizo -MET-221Р), сканирующей электронной микроскопии (MIRA3 Tesan), рентгеноструктурного анализа (рентгеновский дифрактометр XRD-7000S (Shimadzu, Япония)) и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии (прибор JEOL JEM 2100F). Объекты исследования для просвечивающей электронной микроскопии (фольги толщиной 150-200 нм) изготавливали методами электролитического утонения пластинок, вырезанных методами электроискровой эрозии металла.…”