Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск, Россия:

В. Ю. Конюхов, доцент кафедры автоматизации и управления, канд. техн. наук, эл. почта: konyukhov_vyu@mail.ru

Контактная усталость качения является распространенной причиной разрушения рельсов из-за повторяющихся напряжений в месте контакта колеса с рельсом. Эта проблема влияет на безопасность движения поездов. Мероприятия профилактического и корректирующего технического обслуживания оказывают большое влияние на стоимость жизненного цикла эксплуатации рельса, для снижения которой необходимы передовые стратегии, основанные на функциях прогнозирования. Для комплексной оценки дефектов контактно-усталостного происхождения применяют современные методы исследований. В данной работе проведены исследования микроструктуры поверхностного слоя металла и механических свойств металла головки рельса после различных условий эксплуатации. Выполнен анализ формы и размеров дефектов контактно-усталостного повреждения.

1. Шур Е. А. Повреждения рельсов. — Москва : Интекст, 2012. — 192 с.
2. Захаров С. М. Обобщение мирового опыта тяжеловесного движения вобласти колес, рельсов и их взаимодействия // Железные дороги мира. 2002. № 8. С. 9–17.
3. Rodríguez-Arana B., San Emeterio A., Alvarado U., Martínez-Esnaola J. M., Nieto J. Prediction of rolling contact fatigue behavior in rails using crack initiation and growth models along with multibody simulations // Appl. Sci. 2021. Vol. 11. 1026. DOI: 10.3390/app11031026
4. Brouzoulis J., Ekh M. Crack propagation in rails under rolling contact fatigue loading conditions based on material forces // International Journal of Fatigue. 2012. Vol. 45. P. 98–105.
5. Li Q., Huang X., Huang W. Fatigue property and microstructure deformation behavior of multiphase microstructure in a medium-carbon bainite steel under rolling contact condition // International Journal of Fatigue. 2019. Vol. 125. P. 381–393.
6. Srivastava J. P., Sarkar P. K., Ranjan V. Effects of thermal load on wheel–rail contacts: A review // Journal of Thermal Stresses. 2016. Vol. 39, Iss. 11. P. 1389–1418.
7. Larijani N. et al. The effect of anisotropy on crack propagation in pearlitic rail steel // Wear. 2014. Vol. 314, Iss. 1-2. P. 57–68.
8. Lian Q. et al. Crack propagation behavior in white etching layer on rail steel surface // Engineering Failure Analysis. 2019. Vol. 104. P. 816–829.
9. Liu J. et al. Study on wear and rolling contact damage mechanism between quenched U75V rail and wheels with different microstructures // Wear. 2023. Vol. 512. 204544.
10. Jun H. K., Lee D. H., Kim D. S. Calculation of minimum crack size for growth under rolling contact between wheel and rail // Wear. 2015. Vol. 344-345. P. 46–57.
11. Christodoulou P. I., Kermanidis A. T., Haidemenopoulos G. N. Fatigue and fracture behavior of pearlitic Grade 900A steel used in railway applications // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2016. Vol. 83. P. 51–59.
12. Masoumi M., Echeverri E. A. A., Tschiptschin A. et al. Improvement of wear resistance in a pearlitic rail steel via quenching and partitioning processing // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. 7454. DOI: 10.1038/s41598-019-43623-7
13. Шур Е. А., Борц А. И., Сухов А. В., Абдурашитов А. Ю., Базанова Л. В., Заграничек К. Л. Эволюция повреждаемости рельсов дефектами контактной усталости // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2015. № 3. С. 3–9.
14. Цвигун В. Н., Шур Е. А., Кузнецов В. Н., Койнов Р. С. Изучение механизмов контактно-усталостных дефектов в рельсах. — Новокузнецк : СибГИУ, 2017. — 133 с.
15. Громов В. Е., Перегудов О. А., Иванов Ю. Ф., Морозов К. В., Алсараева К. В. Эволюция структуры и свойств поверхностного слоя рельсов при длительной эксплуатации // Вопросы материаловедения. 2015. № 3. С. 30–38.
16. Kolosov A. D. et al. Comparative evaluation of austenite grain in highstrength rail steel during welding, thermal processing and plasma surface hardening // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. Vol. 560. 012185. DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012185
17. Konstantinova M. V. et al. Application of plasma surface quenching to reduce rail side wear // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. Vol. 560. 012146. DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012146
18. Balanovsky A. E. et al. Comparative analysis of structural state of welded joints rails using method of Barkhausen effect and ultrasound // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. Vol. 1118. 012006. DOI: 10.1088/1742-6596/1118/1/012006
19. Хвостик М. Ю., Хромов И. В., Быкова О. А., Берестень Г. А. Анализ состояния рабочей поверхности рельсов опытных партий на Экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ» // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2018. № 77 (3). С. 141–148. DOI: 10.21780/2223-9731-2018-77-3-141-148
20. Инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов». URL: https://www.tdesant.ru/info/item/144 (дата обращения 04.05.2023).
21. ГОСТ Р 51685–2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. — Введ. 01.07.2014.
22. Curd M. E. et al. The heterogenous distribution of white etching matter (WEM) around subsurface cracks in bearing steels // Acta Materialia. 2019. Vol. 174. P. 300–309.

23. Yin H. et al. Rolling contact fatigue-related microstructural alterations in bearing steels: A Brief Review // Metals. 2022. Vol. 12, Iss. 6. 910.
24. Mayweg D. et al. Correlation between grain size and carbon content in white etching areas in bearings // Acta Materialia. 2021. Vol. 215. P. 117048.
25. Šmeļova V. et al. Electron microscopy investigations of microstructural alterations due to classical Rolling Contact Fatigue (RCF) in martensitic AISI 52100 bearing steel // International Journal of Fatigue. 2017. Vol. 98. P. 142–154.
26. Baumann G., Fecht H. J., Liebelt S. Formation of white-etching layers on rail treads // Wear. 1996. Vol. 191 (1–2). P. 133–140. DOI: 10.1016/0043-1648(95)06733-7
27. Balanovskii A. E., Van Huy V. Estimation of wear resistance of plasmacarburized steel surface in conditions of abrasive wear // J. Frict. Wear. 2018. Vol. 39. P. 311–318. DOI: 10.3103/S1068366618040025
28. Balanovskiy A., Shtayger M., Karlina A., Kargapoltsev S., Gozbenko V., Karlina Yu., Govorkov A., Kuznetsov B. Surface hardening of structural steel by cathode spot of welding arc // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 560. 012138. DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012138
29. Громов В. Е., Аксенова К. В., Иванов Ю. Ф., Кузнецов Р. В., Кормышев В. Е. Трансформация тонкой структуры пластинчатого перлита при деформации рельсовой стали // Известия вузов. Черная металлургия. 2023. № 66 (1). С. 50–56.
30. Yuriev A. A., Gromov V. E. et al. Structure and Properties lengthy rails after extrem long term operation // Materials Research Forum LLC. 2021. 194 p.
31. Aksenova K., Gromov V., Ivanov Y., Qin R., Vashchuk E. Structural phase transformation of rail steel in compression // Metals. 2022. Vol. 12, Iss. 11. 1985.
32. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
33. ГОСТ 10243–75. Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры. — Введ. 01.01.1978.
34. ГОСТ 1497–84. Металлы. Метод испытания на растяжение. — Введ. 01.01.1986.