Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия

В. Е. Громов, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин (ЕД) им. проф. В. Н. Финкеля, докт. физ.-мат. наук, профессор, эл. почта: gromov@physics.sibsiu.ru
С. В. Коновалов, проректор по научной и инновационной деятельности, заведующий кафедрой механики и машиностроения, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: konovalov@sibsiu.ru
М. А. Порфирьев, аспирант кафедры ЕД им. проф. В. Н. Финкеля

Омский государственный технический университет, Омск, Россия:
О. А. Перегудов, проректор по молодежной политике и воспитательной деятельности, канд. техн. наук

Методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии изучено формирование дефектной субструктуры перлита в головке рельсов специального назначения категории ДТ400ИК повышенной износостойкости и контактной выносливости из заэвтектоидной стали Э90ХАФ после эксплуатации (пропущенный тоннаж 187 млн т брутто). На расстоянии 0, 2, 10 мм от поверхности катания по центральной оси анализу подвергнуты четыре морфологические составляющие перлита: пластинчатая, фрагментированная, разрушенная и глобулярная. Определены скалярная и избыточная плотность дислокаций, размеры фрагментов и частиц цементита, внутренние поля напряжений и их немонотонное изменение по сечению головки. Установлены пути трансформации пластинчатого перлита, разрушение которого обеспечивает фрагментацию и образование субзеренной структуры, перераспределение частиц цементита в морфологических составляющих и формирование упругих искажений кристаллической решетки матрицы стали. Представлена физическая интерпретация наблюдаемых зависимостей. 

Выражаем благодарность канд. техн. наук Е. В. Полевому за предоставленные образцы, докт. физ.-мат. наук И. Ю. Литовченко за помощь в проведении электронно-микроскопических исследований и докт. техн. наук Р. Е. Крюкову за обсуждение результатов.

1. Yuriev A. A., Gromov V. E., Ivanov Yu. F., Rubannikova Yu. A. et al. Structure and properties of lengthy rails after extreme long-term operation // Materials Research Foundation. 2021. 194 p.
2. Громов В. Е., Иванов Ю. Ф., Кузнецов Р. В., Глезер А. М. и др. Деформационное преобразование структуры и фазового состава поверхности рельсов при сверхдлительной эксплуатации // Деформация и разрушение материалов. 2022. № 1. С. 35–39.
3. Григорович К. В., Громов В. Е., Кузнецов Р. В., Иванов Ю. Ф., Шлярова Ю. А. Формирование тонкой структуры перлитной стали при сверхдлительной пластической деформации // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2022. Т. 503. С. 8–12.

4. Панин В. Е., Иванов Ю. Ф., Юрьев А. А., Громов В. Е. и др. Эволюция тонкой структуры и свойств металла рельсов при длительной эксплуатации // Физическая мезомеханика. 2020. № 23 (5). С. 85–94.
5. Benoît D., Salima B., Marion R. The tridimensional gradient of microstructure in worn rails – Experimental characterization of plastic deformation accumulated by RCF // Wear. 2017. Vol. 392–393. P. 50–59.
6. Benoît D., Salima B., Marion R. Multiscale characterization of head check initiation on rails under rolling contact fatigue: Mechanical and microstructure analysis // Wear. 2016. Vol. 366–367. P. 383–391.
7. Shi X.-J., Zhang X.-X., Diao G.-J., Yan Q.-Z. Wear behavior of high-speed wheel and rail steels under various hardness matching // Journal of Materials Engineering and Performance. 2023. Vol. 32. P. 366–380.
8. Rui P., Yuda C., Hu L., Shiju E., Ruiming R. Investigation into the microstructure evolution and damage on rail at curved tracks // Wear. 2022. Vol. 504–505. 204420.
9. Yoshikazu K., Naotaka U., Hu L., Motohide M., Shoji N. Influence of a decarburized layer on the formation of microcracks in railway rails: On-site investigation and twin-disc study // Wear. 2022. Vol. 504–505. 204427.
10. Michaël S. On the genesis of squat-type defects on rails – Toward a unified explanation // Wear. 2021. Vol. 478–479. 203906.
11. Liang Z., Wei B., Zhenyu H., Wenjian W. et al. Comparison of the damage and microstructure evolution of eutectoid and hypereutectoid rail steels under a rolling-sliding contact // Wear. 2022. Vol. 492–493. 204233.
12. ГОСТ Р 51685–2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. — Введ. 01.07.2014.
13. ТУ 24.10.75111-298-057576.2017. РЖД Рельсы железнодорожные широкой колеи типа Р65 категории ДТ400ИК повышенной износостойкости и контактной выносливости». — Введ. 01.06.2017.
14. Egerton F. R. Physical principles of electron microscopy. — Basel : Springer International Publishing, 2016. — 196 p.
15. Kumar C. S. S. R. Transmission electron microscopy. characterization of nanomaterials. — New York : Springer, 2014. — 717 p.
16. Carter C. B., Williams D. B. Transmission electron microscopy. — Berlin : Springer International Publishing, 2016. — 518 p.
17. Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. — М. : Металлургия, 1970. — 376 с.
18. Попова Н. А., Иванов Ю. Ф., Громов В. Е. и др. Внутренние напряжения в поликристаллических материалах. — Новокузнецк : Полиграфист, 2022. — 144 с.
19. Козлов Э. В., Попова Н. А., Конева Н. А. Фрагментированная субструктура, формирующаяся в ОЦК-сталях при деформации // Изв. РАН. Серия физическая. 2004. Т. 68. № 10. С. 1419–1428.
20. Гриднев В. Н., Гаврилюк В. Г. Распад цементита при пластической деформации стали // Металлофизика. 1982. Т. 4. № 3. С. 74–87.
21. Bhadeshia H. K. D. H. Cementite // International materials reviews. 2020. Vol. 65, Iss. 1. P. 1–27.
22. Рыбин В. В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. — М. : Металлургия, 1986. — 224 с.