name: ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ МЕТАЛЛА РЕЛЬСОВОГО СТЫКА В УСЛОВИЯХ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ
keyword_list: рельсовая сталь сварной стык перлитная сталь микроструктурный параметр качества шумы Баркгаузена
abstract: Актуальность темы исследования обусловлена планами развития ОАО «РЖД» до 2030 года в области верхнего строения пути. Основным направлением технической политики является расширение применения бесстыкового пути взамен звеньевого, выполненного с использованием контактной сварки с оплавлением. Практика эксплуатации бесстыкового пути на российских железных дорогах показывает, что, несмотря на качественный состав рельсовой перлитной стали, разработанный отечественными металлургами, и оптимальные режимы сварки, предложенные специалистами ВНИИЖТ, количество дефектов сварных швов остается высоким.
  Научная новизна заключается в исследовании металла в зоне термического влияния рельсового стыка, полученного при помощи контактной сварки с оплавлением, впервые выполненного путём многоуровневого подхода (на микро-, мезо- и макромасштабном уровне) несколькими взаимодополняющими методами. Установлены особенности морфологии структуры перлитной рельсовой стали (прямолинейная форма пластин, прерывистая с разрывами и изогнутыми пластинами цементита в области линии сплавления). Найдено, что межпластинчатое расстояние, являющееся важным морфологическим признаком структуры перлита, меняется от 90 до 167 нм в пределах перлитной колонии и имеет отличия в продольном и поперечном направлениях. С ростом температуры аустенизации при сварке и последующем охлаждении межпластинчатое расстояние в перлите изменяется по ширине ЗТВ, что ответственно за неоднородность твердости и предела текучести металла в ЗТВ. Поскольку они связаны со средним межпластинчатым расстоянием в виде функции – 𝜆-1/2. В области линии сплавления средний размер зерна аустенита составляет 254 мкм и далее по мере удаления от нее снижается до 65,3 мкм на расстоянии 5 мм, 18,1 мкм – 10 мм. Установлено, что в процессе контактной сварки оплавлением металла возникает существенная неоднородность структуры и текстуры на микро- и мезомасштабном уровне по всему локальному объёму рельсового стыка. Вблизи линии сплавления вследствие уменьшения размера зерна доля большеугловых границ зерен составляет 0,40-0,50 и увеличивается до значения ~0,72 на границе раздела частичной сфероидизации перлита. Увеличение доли малоугловых границ зерен до 0,6 ± 0,02 в области линии сплавления, связывается с накоплением дислокаций вследствие пластической деформации при осадке рельсов в процессе сварки в месте контактного соединения. Показано, что при испытании на ударную вязкость величина фасетки излома уменьшается с уменьшением размера аустенитного зерна перлитного блока, при незначительном изменении размера перлитной колонии. В большинстве случаев трещины с ветвлением распространяются по нескольким смежным перлитным колониям и меняют направление на границе блока. Доминирующей субструктурой, влияющей на ударную вязкость рельсовых сталей, является перлитный блок, определяемый как область, окруженная высокоугловыми ϴ <15° границами феррита.
  Теоретическая и практическая значимость работы заключается в развитии структурных и физических представлений о явлениях, возникающих при высокотемпературном деформационном воздействии на высокоуглеродистые рельсовые стали в ЗТВ сварного стыка, морфологических особенностях перлита и количественных значений параметров структуры. Представленные экспериментальные результаты по особенностям перлитной структуры в ЗТВ на различных масштабных уровнях могут быть использованы для корректировки технологических параметров (время сварки, усилие осадки и т.д.) существующих технологических линий сварки рельсов, а также для разработки новых способов сварки и термической обработки. Сформулированы рекомендации по режимам термообработки, обеспечивающим минимизацию снижения твердости в ЗТВ рельсового стыка в процессе сварки. Проведены исследования, которые будут рекомендованы соответствующим департаментам ОАО «РЖД» для организации контроля структурных характеристик металла ЗТВ рельсового стыка. Предложено использовать метод на основе шумов Баркгаузена для неразрушающего контроля структуры металла при производстве рельса и в ЗТВ рельсового стыка после сварки. Результаты исследований использованы при выполнении лабораторных работ: «Современные методы исследования полиморфных превращений в сталях» для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Материаловедение», «Технология, оборудование и система качества сварочного производства», а также в курсе лекции по дисциплине «Сварка давлением» и «Материаловедение при сварке» на кафедре «Машиностроительные технологии и материалы» ИрНИТУ.
chairman_dissertation_council.name: Артемий
chairman_dissertation_council.surname: Попов
chairman_dissertation_council.patronymic: Александрович
chairman_dissertation_council.position: Заведующий кафедрой термообработки и физики металлов
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: G-3947-2016
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 55506384000
chairman_dissertation_council.rinc_id: 20333
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0001-6171-1701
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Александр
organization_supervisor.surname: Германенко
organization_supervisor.patronymic: Викторович
organization_supervisor.position: проректор по науке
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 55.09.29
rubrics.name: Стали
oecds.code: 02.05.PZ
oecds.name: METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING
speciality_codes.name: Материаловедение (по отраслям)
speciality_codes.code: 05.16.09
supervisors.fio: Балановский А.Е.
supervisors.scientific_degree: Кандидат технических наук
supervisors.speciality_code: Технологии и машины сварочного производства
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Шур. Е.А.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Фарбер В.М.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Добужская А.Б.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГАОУ ВО "УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина", Уральский федеральный университет, УрФУ
protection_organization.name: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
protection_organization.ogrn: 1026604939855
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: ИРНИТУ, ФГБОУ ВО "ИРНИТУ", "ИРКУТСКИЙ ПОЛИТЕХ"
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1023801756120
author_organization.supervisor_name: МИХАИЛ
author_organization.supervisor_surname: КОРНЯКОВ
author_organization.supervisor_patronymic: ВИКТОРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения