Градация по твердости рельсов, закаленных разными способами

Завод-изготовитель. Метод термообработки	Относительное количество рельсов с твердостью HB, %	Средняя твердость HB
НТМК. Объемная закалка
«Азовсталь». Поверхностная закалка с нагрева ТВЧ
ДМЗ. Поверхностная закалка с объемного нагрева

Как видно из табл. 36.2, средние значения твердости у закаленных разными способами рельсов близки между собой. Имеют место довольно большие колебания твердости у термоупрочненных рельсов всех заводов. Но по­скольку твердость при данной структуре нахо­дится в тесной корреляционной связи с кон­тактно-усталостной прочностью, износостойко­стью исопротивлением смятию, то это приво­дит к значительному разбросу этих важней­ших характеристик термоупрочненных рель­сов. При этом важно, что 20—30 % закаленных рельсов имеют твердость НВ 341 и 5—10 % твердость НВ 331. Эти рельсы чаще всего име­ют низкое содержание углерода, что усугуб­ляет их недостаточную контактную прочность, так как само по себе низкое содержание угле­рода при данной твердости значительно сни­жает контактную выносливость рельсовой ста­ли. Наличие значительного количества зака­ленных рельсов с низкой твердостью, которая сопровождается, как правило, низким содержа­нием углерода, объясняет причину раннего на­растания смятия и износа или выходов из строя отдельных рельсов по контактным поврежде­ниям. Эти рельсы не характеризуют всей совокупности закаленных рельсов, основная масса которых (60—75 %) имеет твердость в преде­лах НВ 352—375 и обладает значительно бо­лее высокой общей и контактной прочностью, чем те, которые выходят из строя на первой стадии эксплуатации. В то же время наличие рельсов с низкой твердостью является недос­татком закаленных рельсов, на которых не до­стигнута оптимальная твердость НВ 363—388, отвечающая предельно дисперсной структуре сорбита закалки.

На концах рельсов, закаленных всеми спо­собами, наблюдается небольшое повышение твердости, связанное с дополнительным увели­чением скорости охлаждения за счет охлажде­ния с торца. Наибольшее повышение (до НВ 401) у рельсов ДМЗ, из-за большего погруже­ния концов рельсов в струи воды вследствие провисания концов рельсов головкой вниз в зоне охлаждающих секций между роликами за­калочной машины.

Наиболее неблагополучноеположение с твер­достью и структурой на концах поверхностно закаленных рельсов с индукционного нагрева. За счет концевого эффекта иизменения зазора между индуктором и рельсом торцы рельсов при нагреве ТВЧ прогреваются на большую глубину и перегреваются у поверхности. В ре­зультате интенсивность и продолжительность охлаждения, настроенная по нагреву рельса в средней части, оказывается недостаточной в зоне торцов, и за счет высокого самоотпуска там образуется зона пониженной твердости (НВ 260—300), распространяющаяся на длину до 20—25 мм. В перегретых крупнозернистых участках около самого торца при охлаждении образуется мартенсит, который при самоотпус­ке превращается в сорбит отпуска. Все эти от­ступления от оптимальной твердости и струк­туры в рельсах, закаленных с нагрева ТВЧ, свидетельствуют о необходимости дальнейшей отработки технологического процесса нагрева иохлаждения, в особенности на концах рель­сов.

Введение упрочняющей термической обработки привело к существенному повышению контактной выносливости рельсовой стали. При повышении ее твердости НВ от 260 до 350 при условии соблюдения требования об одно­родности структуры предел контактной вынос­ливости повысился от 0,9 до 1,3—1,4 ГПа.

Методы испытаний, вторыми можно было бы в лабораторных условиях достоверно опре­делить контактно-усталостную прочность пол­нопрофильных рельсов, отсутствуют. Поэтому контактно-усталостная прочность рельсов, под­вергнутых различным видам термического упрочнения, косвенно оценивают путем изуче­ния их микроструктуры, распределения остаточных напряжений и твердости вблизи по­верхности катания, путем исследования влияния всех этих факторов на контактно-усталостную прочность образцов, а также путем проведе­ния широких полигонных и эксплуатационных испытаний термо-упрочненных рельсов в пути с последующим сопоставлением полученных ре­зультатов с лабораторными испытаниями об­разцов.

Совокупность результатов всех этих иссле­дований свидетельствует, о том, что термо-упрочненные рельсы НТМК изавода «Азовсталь» обладают по крайней мере в 1,5 раза большей контактно-усталостной долговечно­стью, чем нетермообработанные рельсы. Кон­тактно-усталостная прочность рельсов ДМЗ понижена из-за неоднородности их структуры. Повысить стойкость термоупрочненных рель­сов к образованию дефектов контактной уста­лости можно снижением растягивающих оста­точных напряжений или изменением их знака в головке объемно закаленных рельсов НТМК, а также устранением структурной неоднород­ности в поверхностно-закаленных рельсах за­водов «Азовсталь» и ДМЗ.

Механические свойства при растяжении. Ре­зультаты массовых испытаний на растяжение образцов диаметром 6 мм, вырезанных из го­ловки рельсов вблизи поверхности катания при­ведены в табл. 36.3. В табл. 36.3 приведены также коэффициенты вариации, характеризую­щие рассеяние соответствующих параметров. Из табл. 36.3 следует, что наибольший и при­мерно одинаковый уровень общей прочности имеют объемно закаленные рельсы НТМК и по­верхностно закаленные с нагрева ТВЧ рельсы завода «Азовсталь». Временное сопротивление поверхностно-закаленных с объемного нагрева рельсов ДМЗ несколько ниже вследствие меньшего содержания углерода в бессемеров­ской рельсовой стали. Все параметры, харак­теризующие как прочность, так и пластичность закаленных рельсов, существенно выше, чем у нетермообработанных рельсов.

Таблица 36.3

Механические свойства при растяжении образцов,

Дата добавления: 2015-06-27