Физика разрушения и фазового превращения цементита в рельсах при экстремальной эксплуатации

Abstract

На основании электронно-микроскопических исследований и рентгеноспектрального анализа проведена количественная оценка распределения атомов углерода в частицах цементита и элементах дефектной субструктуры на расстояниях до 10 мм от поверхности катания по центральной оси и оси симметрии выкружки дифференцированно закаленных длинномерных 100-метровых рельсов после пропущенного тоннажа 1411 и 1770 млн тонн брутто. Проанализированы три механизма преобразования пластин цементита. Показано, что экстремально длительная эксплуатация рельсов сопровождается существенным перераспределением атомов углерода в поверхностных слоях толщиной до 10 мм. В исходном состоянии основное количество атомов углерода сосредоточено в частицах цементита, после экстремально длительной эксплуатации рельсов — также на дефектах кристаллической структуры (дислокации, границы зерен и субзерен), а в поверхностном слое и в кристаллической решетке на основе а-железа. Увеличение пропущенного тоннажа от 1411 до 1770 млн тонн сопровождается более заметным перемещением атомов углерода на дефекты структуры в рабочей выкружке по сравнению с поверхностью катания. При обсуждении результатов использованы представления о бифуркационных межузельных структурных состояниях в зонах поворота кристаллической структуры и механизме пластической дисторсии, а также аналогия экстремально длительной эксплуатации и мегапластической деформации.

Keywords

• механизмы разрушения
• перлит
• пластическая деформация
• структура материала