Формирование градиентных структурно-фазовых состояний в стальных изделиях сложной формы

• Автор: Грачев, Вячеслав Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 131 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОЗДАНИЕ ГРАДИЕНТНЫХ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ

СОСТОЯНИЙ В ПЕРЛИТНОЙ СТАЛИ, КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ

1.1. Совершенствование химического состава рельсовых сталей .

1.2. Объемная термическая обработка рельсов

1.3. Закалочные среды для упрочняющей термической

обработки рельсовой стали

1.4. Поверхностное упрочнение рельсов

1.4.1. Поверхностная закалка с прокатного нагрева

1.4.2. Поверхностная закалка с повторного поверхностного нагрева

1.4.3. Поверхностная закалка с повторного объемного
печного нагрева
1.5. Формирование градиентных структур в металлических материалах за счет внешних энергетических воздействий
1.6. Способы и методики дифференцированного термоупрочнения для создания градиентных структур с целью повышения эксплуатационных характеристик рельсовой стали
1.7. Обоснование применения методов поверхностного упрочнения с созданием градиентных структур в рельсах
1.7.1. Условия работы и повреждения рельсов в пути
1.7.2. Представления о напряженно-деформированном состоянии рельса в процессе эксплуатации
1.7.3. Схема взаимодействия «колесо-упрочненный рельс»
1.7.4. Современная статистика одиночных отказов рельсов..

Выводы по литературному обзору. Определение цели и постановка задач исследования
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исследуемые материалы и типы образцов
2.2. Методика термической обработки
2.2.1. Закалочные среды
2.2.2. Дифференцированная закалка
2.3. Экспериментальные методики определения свойств и структуры рельсовой стали
2.3.1. Определение механических характеристик
2.3.2. Металлографический анализ
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ИЗДЕЛИИ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ ПРИ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ
ЗАКАЛКЕ
Выводы к главе
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАДИЕНТНЫХ СТРУКТУРНОФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ, ФОРМИРУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ ЗАКАЖИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ, НА ПРИМЕРЕ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ
4.1. Кривые охлаждения и макроструктура темплетов
4.2. Механические свойства рельсовой стали после закалки
двух средах
4.2.1. Результаты измерения твердости и микротвердости.
4.2.2. Механические свойства рельсовой стали при растяжении
4.3. Результаты металлографического анализа градиентных структур в сложном изделии из стали перлитного класса

4.3.1. Исследование структуры и фазового состава приповерхностных слоев рельсовой стали М
после дифференцированной закалки
4.3.2. Результаты электронно-микроскопического исследования градиентных структур в рельсовой стали
4.4. Микроструктура и механические свойства рельсовой стали
после эксплуатации
4.4.1. Макроструктура и механические свойства
4.4.2. Микроструктура и микротвердость
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ры фазового перехода), а быстрый отвод тепла в холодную матрицу рельса «фиксировал» полученную структуру. Авторами [80] выявлено модифицирующее влияние плазменной обработки на глубину до 5 мм от поверхности катания с образованием трехслойных градиентных структур: упрочненный приповерхностный слой (мелкоигольчатый мартенсит, мартенсит + троо-стит), мягкий переходный участок и сердцевина с промежуточной прочностью (феррито-цементитные смеси различной дисперсности. Толщина упрочненного слоя зависит от режима обработки и составляет 0,8 - 1,2 мм. Поверхностная обработка увеличивает твердость металла у поверхности катания, при этом разупрочнения не обнаружено ни в одной области. Плазменно-упрочненный рельс имеет, примерно, в 3 раза более высокую износостойкость, чем рельс, прошедший объемную закалку (в условиях лабораторных испытаний).
Наряду с плазменным, перспективным способом поверхностного упрочнения может быть лазерная обработка колес и рельсов [98]. На образцах из рельсовой стали получены приповерхностные слои до 2 мм с двукратным превышением твердости и микротвердости, при этом возникает резкий переход от упрочненной к неупрочненной зоне («резкая градиентная структура») Упрочненный слой состоит из трех подслоев со различными структурой и микротвердостью: 1) реечный мартенсит, Нц = 7600 - 7800 МПа; 2) крупноигольчатый мартенсит + остаточный аустенит, Н,, = 7800 - 8000 МПа; 3) мелкодисперсный мартенсит + остаточный аустенит, Нй = 5500 - 5700 МПа. Матрица (непосредственно под упрочненным слоем) - сорбит закалки с Н^, = 3200 - 3600 МПа. Установлено, что после лазерной обработки рельсов и колес износ снижается в 3,0 - 3,5 раза без образования пор, трещин и т.п.
Таким образом, в работах [41, 42, 80] установлено, что дифференцированная закалка и плазменная обработка приводят к формированию упрочненного приповерхностного слоя толщиной 1,0 - 1,5 мм, фазовый состав и структура которого непрерывным образом изменяются при удалении вглубь