ДЕФЕКТЫ
РЕЛЬСОВ
различимым износом рабочей гра-
ни. Любая трещина, возникшая
в
этой зоне, устраняется за счет ин-
тенсивного износа.
На поврежденной поверхности
катания наружного рельса И350НТ
были обнаружены квазипараллель-
ные белые линии, приводящие за-
тем к локальным выкрашиваниям.
Шлифование зон расположения бе-
лых линий показало, что под каж-
дой из них имеется поверхностная
трещина. В некоторых случаях кон-
центрация локальных выкрашива-
ний приводила к образованию глу-
боких и широких трещин.
Микрофотографичёское
исследование изломов
Механизм
образования
выкра-
шиваний
в
виде
полосок удалось
понять с помощью микрофотогра-
фического исследования.
Различные поврежденные фраг-
менты
рельсов
подвергали
испы-
таниям без разрушения и с разру-
шением
образца
в
лаборатории
Технического университета
Вены
(ТУРА). Исходный материал имел
микроструктуру, в которой перлит-
ные зерна распределены по грани-
цам ферритного зерна. Ферритный
материал
обладает
повышенной
вязкостью,
это
обеспечивает
бо-
лее высокую степень пластической
деформации.
После исследования исходного
материала головки рельса К350НТ
из поврежденного слоя поверхно-
сти
катания такого же рельса бы-
ли
вырезаны три
образца,
распо-
ложенные параллельно друг другу
на расстоянии 10 мм в продольном
направлении.
Из
них
приготови-
ли
шлифы,
которые затем
иссле-
довали под микроскопом. На мик-
ропанорамных снимках всех трех
образцов
обнаружилось
боль-
шое
число
столбчатых
фрагмен-
тов длиной
от 5 до
10 мм
и
сече-
нием от 1x1 до 2x2 мм, образовав-
шихся в результате растрескивания
материала.
Тщательное исследование физи-
ческих процессов позволило опре-
делить
этапы
развития
дефектов
данного типа.
Образование поверхностных тре-
щин на поверхности катания и зна-
чительная пластическая деформа-
ция
,
а также рост коротких трещин
обусловлены следующим:
• в связи с хрупкостью и высокой
твердостью рельса И350НТ с зака-
ленной головкой возникают верти-
кальные или наклонные микротре-
щины у ее граней;
• в результате ослабления связей
в
области
граней
головки
рельса
при действии больших вертикаль-
ных и тангенциальных сил в зоне
контакта
(особенно
при
боковом
смещении колесной пары в кривых)
появляются большие пластические
деформации;
• в
процессе
постоянного
каче-
ния изменяется направление изна-
чальных трещин у кромок головки.
Зерна приобретают клинообразный
вид. причем острие клина направле-
но в сторону движения колеса. Це-
ментит в
приповерхностном
слое
зачастую
скапливается
в
направ-
лении действия касательной силы
сдвига — наклонно вверх;
•тонкие
слои
перлита
претер-
певают
пластическую
деформа-
цию и даже разрушаются; образо-
вание трещин и изломов происхо-
дит вследствие скалывания и изло-
ма пластинок цементита.
Разрушения материала
под
по-
верхностью вследствие воздействия
касательных напряжений при каче-
нии
в результате протекания ряда
рассмотренных далее процессов:
• при
качении
критическим
по
контактной усталости является слой,
находящийся
в
непосредственной
близости от грани головки (на рас-
стоянии
примерно
1-2мм).
Катя-
щиеся колеса под нагрузкой от по-
движного состава создают на глуби-
не 2 - 5 мм под поверхностью катания
меняющееся распределение макси-
мальных напряжений сдвига.
Про-
исходит
циклическое
нагружение
материала до наступления его уста-
лости. По статистическим данным,
повреждение
в рельсе
распростра-
няется до глубины, на которой вдоль
рельса действуют максимальные ка-
сательные напряжения;
• тангенциальная срезающая си-
ла в продольном направлении и со-
ответствующая шероховатость по-
верхности приводят к тому, что мак-
симум напряжения среза перемеща-
ется по направлению к поверхности;
• на
шероховатой
поверхности
максимальная сила действует на ми-
нимальные по площади области в зо-
не контакта, образуемые шерохова-
тостями, так что максимум напряже-
ний сдвига может переместиться бли-
же к поверхности даже в том случае,
если отсутствует касательная сила;
• повторяющиеся процессы каче-
ния создают в близком к поверхно-
сти слое циклические касательные
напряжения сдвига, которые приво-
дят к прогрессирующему разруше-
нию материала головки рельса в на-
правлении
максимального
напря-
жения сдвига (вдоль рельса). В та-
ком поврежденном слое содержится
большое количество разрушенных
по границам зерен, что в итоге при-
водит к образованию под действием
касательных
напряжений
тонкой
сетки микротрещин. При критиче-
ском числе прокатываний колес и
воздействий нагрузки микротрещи-
ны сливаются, в результате чего об-
разуется макротрещина, идущая па-
раллельно поверхности.
Образование полосок.
Короткие
поверхностные трещины растут бы-
стрее всего в центральной области
поверхности катания. По обоим ее
краям они увеличиваются медлен-
но. Достигнув глубины, на которой
находятся
повреждения,
обуслов-
ленные силой
сдвига,
поверхност-
ные трещины сливаются с дефекта-
ми, возникшими по границам зерен,
или с локальными хрупкими микро-
разрушениями. При этом образуется
угловая трещина, которая может со-
единяться с другими, в том числе и
проходящими вдоль грани головки.
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, № б
предыдущая страница 71 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн следующая страница 73 Железные дороги мира 2011 06 читать онлайн Домой Выключить/включить текст