Физика разрушения и фазового превращения цементита в рельсах при экстремальной эксплуатации
УДК 538.9:669.539.382:669.17:625.1
Аннотация
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.
Скачивания
Литература
Yuriev A.A., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Rubanniko-va Yu.A., Starostenkov M.D., Tabakov P.Y. Structure and Properties of Lengthy Rails after Extreme Long-Term Operation. Millersville, PA: Materials Research Forum LLC, 2021. Vol. 106. 194 p. DOI: 10.21741/9781644901472
Li Y.J., Choi P., Borchers C., Westerkamp S., Goto S., Raabe D., Kirchheim R. Atomic-Scale Mechanisms of Deformation-Induced Cementite Decomposition in Pearlite // Acta Materialia. 2011. Vol. 59. No 10. P. 3965-3977. DOI: 10.1016/j. actamat.2011.03.022
Gavriljuk V.G. Decomposition of Cementite in Pearlitic Steel Due to Plastic Deformation // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 345. No 1-2. P. 81-89. DOI: 10.1016/ S0921-5093(02)00358-1
Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Кузнецов Р.В., Глезер А.М., Шлярова Ю.А., Перегудов О.А. Деформационное преобразование структуры и фазового состава поверхности рельсов при сверхдлительной эксплуатации // Деформация и разрушение материалов. 2022. № 1. С. 35-39. DOI: 10.31044/1814-4632-2022-1-35-39
Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Кузнецов Р.В., Шлярова Ю.А., Юрьев А.А., Кормышев В.Е. Структура рельсов после экстремально длительной эксплуатации // Известия высших учебных заведений. Физика. 2022. Т. 65. № 3. С. 160-165. DOI: 10.17223/00213411/65/3/160
Кузнецов Р.Е., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Кормышев В.Е., Шлярова Ю.А., Юрьев А.А. Градиенты структуры, фазового состава и дислокационной субструктуры рельсов при сверхдлительной эксплуатации // Известия Алтайского государственного университета. 2022. № 1. С. 44-50. DOI: 10.14258/izvasu(2022)1-06
Tsellermaer V.Ya. Substructural and Phase Transformations During Intense Plastic Deformation of Metals // Steel in Translation. 1999. Vol. 29. No 12. P. 75-81.
Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Fecht H.-J. Stress- and Strain Induced Phase Transformations in Pearlitic Steels // Materials Science Forum. 2007. Vol. 539-543. P. 4681-4686. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.539-543.4681
Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Valiev R.Z., Fecht H.-J. The Mechanism of Formation of Nanostructure and Dissolution of Cementite in a Pearlitic Steel During High Pressure Torsion // Acta Materialia. 2003. Vol. 51. No 18. P. 5555-5570. DOI: 10.1016/S1359-6454(03)00419-1
Козлов Э.В., Базайкин В.И., Целлермаер В.Я., Иванов Ю.Ф., Игнатенко Л.Н., Попова Н.В., Чинокалов В.Я., Полторацикий Л.М., Закиров Д.М., Громов В.Е. Физика и механика волочения и объемной штамповки. М.: Недра, 1997. 287 c.
Глезер А.М., Метлов Л.С. Физика мегапластической (интенсивной) деформации твердых тел // Физика твердого тела. 2010. Т. 52. Вып. 6. С. 1090-1097. DOI: 10.1134/ S1063783410060089
Громов В.Е., Юрьев А.А., Иванов Ю.Ф., Гришунин В.А., Коновалов С.В. Перераспределение атомов углерода в дифференцированно закаленных рельсах при длительной эксплуатации // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 6. С. 454-459. DOI: 10.17073/0368-0797-2018-6-454-459
Курдюмов В.Г. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. 238 с.
Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В., Чернявский А.Г. Пластическая дисторсия — фундаментальный механизм в нелинейной мезомеханике пластической деформации и разрушения твердых тел // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19. № 1. С. 31-46. DOI: 10.1134/S1029959916010045
Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В. Нелинейные волновые процессы в деформируемом твердом теле как многоуровневой иерархически организованной системе // Успехи физических наук. 2012. Т. 182. № 12. С. 1351-1357. DOI: 10.3367/UFNr.0182.201212i.1351
Гаврилюк В.Г. Распределение углерода в стали. Киев: Наукова думка, 1987. 207 с.
Бахарев О.Г., Гаврилюк В.Г., Дегтярев М.В., Левит В.И., Надутов В.М., Свечников В.Л., Чащухина Т.И. Влияние гидроэкструзии на структуру и фазовый состав перлитной стали // Физика металлов и металловедение. 1990. № 12. С. 86-90.
References
Yuriev A.A., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Rubanniko-va Yu.A., Starostenkov M.D., Tabakov P.Y. Structure and Properties of Lengthy Rails after Extreme Long-Term Operation. Millersville, PA: Materials Research Forum LLC, 2021. Vol. 106. 194 p. DOI: 10.21741/9781644901472
Li Y.J., Choi P., Borchers C., Westerkamp S., Goto S., Raabe D., Kirchheim R. Atomic-Scale Mechanisms of Deformation-Induced Cementite Decomposition in Pearlite. Acta Materialia. 2011. Vol. 59. No 10. P. 3965-3977. DOI: 10.1016/j. actamat.2011.03.022
Gavriljuk V.G. Decomposition of Cementite in Pearlitic Steel Due to Plastic Deformation. Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 345. No 1-2. P. 81-89. DOI: 10.1016/ S0921-5093(02)00358-1
Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Kuznetsov R.V., Glezer A.M., Shliarova Yu.A., Peregudov O.A. Deformation Transformation of Structure and Phase Composition of Rail Surface During Ultra-Long Operation. Deformation and Destruction of Materials. 2022. No 1. P. 35-39. DOI: 10.31044/1814-4632-2022-135-39. (In Russ.).
Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Kuznetsov R.V, Shlyaro-va Yu.A., Yurev A.A., Kormyshev V.E. Rail Structure after Extremely Long Operation. Russian Physics Journal. 2022. Vol. 65. No 3. P. 160-165. DOI: 10.17223/00213411/65/3/160. (In Russ.).
Kuznetsov R.E., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Kormyshev V.E., Shliarova Yu.A., Yuriev A.A. Gradients of Structure, Phase Composition, and Dislocation Substructure of Rails Under the Ultra Long-Term Operation. Izvestiya of Altai State University. 2022. No 1. P. 44-50. DOI: 10.14258/ izvasu(2022)1-06. (In Russ.).
Tsellermaer V.Ya. Substructural and Phase Transformations During Intense Plastic Deformation of Metals. Steel in Translation. 1999. Vol. 29. No 12. P. 75-81.
Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Fecht H.-J. Stress- and Strain Induced Phase Transformations in Pearlitic Steels. Materials Science Forum. 2007. Vol. 539-543. P. 4681-4686. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.539-543.4681
Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Valiev R.Z., Fecht H.-J. The Mechanism of Formation of Nanostructure and Dissolution of Cementite in a Pearlitic Steel During High Pressure Torsion. Acta Materialia. 2003. Vol. 51. No 18. P. 5555-5570. DOI: 10.1016/S1359-6454(03)00419-1
Kozlov E.V., Bazaikin V.I., Zellermaer V.Ya., Ivanov Yu.F., Ignatenko L.N., Popova N.V, Chinokalov V.Ya., Poltoratsikiy L.M., Zakirov D.M., Gromov V.E. Physics and Mechanics of Drawing and Die Forging. Moscow: Nedra, 1997. 287 p. (In Russ.).
Glezer A.M., Metlov L.S. Physics of Megaplastic (severe) Deformation in Solids. Physics of the Solid State. 2010. Vol. 52. No 6. P. 1090-1097. DOI: 10.1134/S1063783410060089 (In Russ.).
Gromov V.E., Yurev A.A., Ivanov Yu.F., Grishunin VA., Konovalov S.V Redistribution of Carbon Atoms in Differentially Charged Rails for Long-Term Operation. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018. Vol. 61. No 6. P. 454-459. DOI: 10.17073/0368-0797-2018-6-454-459. (In Russ.).
Kurdyumov V.G. Transformations in Iron and Steel. Moscow: Nauka, 1977. 238 p. (In Russ.).
Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V., Chernyav-sky A.G. Hall-Petch Analysis for Temperature and Strain Rate Dependent Deformation of Polycrystalline Lead. Physical Mesomechanics. 2016. Vol. 19. No 1. P. 31-46. DOI: 10.1134/S1029959916010045 (In Russ.).
Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V. Nonlinear Wave Processes in a Deformable Solid as in a Multiscale Hierarchically Organized System. Uspekhi Fizicheskih Nauk. 2012. Vol. 182. No 12. P. 1351-1357. DOI: 10.3367/UFNr.0182.201212i.1351. (In Russ.).
Gavrilyuk V.G. Carbon Distribution in Steel. Kyiv: Nau-kova Dumka, 1987. 207 p. (In Russ.).
Bakharev O.G., Gavrilyuk V.G., Degtyarev M.V, Levit V.I., Nadutov V.M., Svechnikov V.L., Chashchukhina T.I. Influence of Hydrostatic Extrusion on the Structure and Phase Composition of Pearlitic Steel. The Physics of Metals and Metallography. 1990. No 12. P. 86-90. (In Russ.).
Copyright (c) 2024 Михаил Анатольевич Порфирьев, Наталья Анатольевна Попова, Виктор Евгеньевич Громов, Юлия Андреевна Шлярова, Олег Александрович Перегудов, Юрий Федорович Иванов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
