Градиентные структурно-фазовые состояния в рельсовой стали после магнитоплазменного упрочнения и дифференцированной закалки

• Автор: Бердышев, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 206 с. : ил.

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность научному руководителю д.ф.м.н. профессору В.Е. Громову за квалифицированную помощь и организацию работы, сотрудникам ТГАСУ д.ф.м.н. профессору Э.В. Козлову, к.ф.м.н., доценту Ю.Ф. Иванову, с.н.с. Н.А. Поповой, с.н.с. Л.Н. Игнатенко, сотрудникам СибГИУ к.т.н., доценту В.И. Петрову, ст.преподавателю В.Д. Сарычеву, сотрудникам ОАО "КМК" к.т.н. И.А. Шарапову, к.т.н. В.В. Дорофееву за помощь в проведении экспериментов, обсуждение результатов работы, критические замечания.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ
1.1. Совершенствование химического состава рельсовых
сталей
1.2. Термическая обработка рельсов
1.2.1. Противофлокенная термическая обработка и нормализация
1.2.2. Закалка концов рельсов
1.2.3. Упрочнение рельсов по всей длине
1.2.4. Закалочные среды для термической обработки рельсовой стали
1.3. Поверхностное упрочнение рельсов
1.3.1. Поверхностная закалка с прокатного нагрева
1.3.2. Поверхностная закалка с повторного поверхностного нагрева
1.3.3. Поверхностная закалка с повторного объемного печного нагрева
1.4. Представления о напряженно-деформированном
состоянии при взаимодействии колесо-рельс
1.5. Формирование градиентных структур при внешних
энергетических воздействиях
1.6. Рациональные способы прокатки рельсов
1.7. Выводы из литературного обзора. Постановка задачи
Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исследуемые материалы и типы образцов
2.2. Термические и упрочняющая обработки

2.3. Определение механических характеристик
2.4. Определение микротвердости и распределения элементов
в упрочненном слое
2.5. Металлографический анализ
Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ
МЕТОДОВ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ
3.1. Постановка задачи
3.1.1. Термические и упрочняющая обработки
3.1.2. Схемы взаимодействия колесо - упрочненный , рельс
3.2. Определение напряжений в переходной зоне
упрочненный слой - матрица рельса
3.2.1. Получение общего решения
3.2.2. Случай сосредоточенной нормальной силы 82 Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТНОУПРОЧННЕННЫХ РЕЛЬСОВ
4.1. Кривые охлаждения рельсовых проб при
дифференцированной закалке и макроструктура
4.1.1. Исследование макроструктуры после
термической обработки
4.2. Результаты измерения твердости после
дифференцированной закалки
4.3. Макроструктура поверхностноупрочненных рельсов
4.4. Трещино- и износостойкость рельсовой стали после дифференцированной закалки и плазменного упрочнения
4.5. Микротвердость и распоеделение элементов

Эффективность работы поверхностно упрочненного изделия определяется многими факторами, основными из которых являются: прочность и твердость упрочненной зоны, однородность структуры и свойств, высокое сопротивление разрушению, в основном зарождению трещины.
На поверхности рельсов в процессе их эксплуатации образуется слоистая структура, состоящая из двух слоев - "белого" и слоя деформированного перлита. [89] Структура "белого слоя" является ультрамелкозернистой со средним размером зерен феррита 200 нм, в нем полностью разрушен исходный цемен-титный каркас, частицы цементита имеют размеры порядка 10-50 нм. Обнаружена очень высокая твердость "белого слоя", достигающая 10-12ГПа, природа которой обусловлена наличием ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры, а также действием твердорастворного и дисперсного механизмов упрочнения.
Сочетание методов комплексного легирования и термомеханической обработки позволяет в широких пределах варьировать уровень прочности ств современных мартенситно-стареющих сталей (МСС) от 1500 до 2500 МПа. Однако, несмотря на преимущество данных сталей в конструктивной прочности по сравнению с высокопрочными углеродистыми сталями, интенсивное упрочнение МСС также сопровождается увеличением их склонности к хрупкому разрушению [90].
В качестве эффективного метода повышения вязкости и трещиностойко-сти высокопрочных МСС, работающих в сложных температурно-силовых условиях (низкие температуры, динамические нагрузки, трехосное напряженное состояние), рассматривается введение в структуру регламентированной доли (до 25%) аустенитной составляющей. При этом положительное влияние аусте-нитной фазы на сопротивление разрушению связывается не только с ее пластифицирующим действием в результате образования вязких пленочных прослоек аустенита по границам мартенситных пакетов, но и с развитием деформационного у-»а превращения как в процессе предварительной обработки,