Эволюция повреждаемости рельсов дефектами контактной усталости

Рассмотрены вопросы и современное состояние повреждаемости рельсов в эксплуатации. Показано, что основным видом повреждаемости рельсов, обуславливающим их изъятие из пути в объеме свыше 50 % общего количества изымаемых рельсов, являются дефекты контактно-усталостного характера по кодам 10, 11, 17, 21 в соответствии с действующим каталогом дефектов рельсов. Исследован характер зарождения и развития дефектов контактной усталости рельсов в настоящее время. Показано, что основной причиной их образования является уже не низкая чистота стали по неметаллическим включениям и наличие строчек хрупко разрушенных неметаллических включений в виде алюмосиликатов и других сложных окислов, а деструкция поверхностного слоя металла головки рельса под воздействием циклической пластической деформации. На примере рельсов категории Т1 по ГОСТ Р 51685 - 2000, эксплуатировавшихся на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ», определены основные этапы деструкции металла головки рельса и исследованы процессы, протекающие на различных этапах. Установлено, что на этапах деструкции металла головки рельса происходит образование наклепанного слоя с микроструктурой волокнисто-деформированного перлита; образование трещин при деформации уже наклепанного упрочненного слоя с волокнисто-деформированной микроструктурой и пониженным на четверть временным сопротивлением и в 4 раза относительным удлинением; развитие трещин и образование небольших выкрашиваний (питтингов) с их последующим развитием до образования выкрашиваний металла глубиной до 4,0 мм, а также образование продольных трещин глубиной до 6 - 10 мм с последующим поворотом и развитием поперечных усталостных трещин. Для исследованных рельсов получена зависимость глубины выкрашиваний от пропущенного тоннажа. Предложено периодичность и режимы профилактического шлифования рельсов в пути определять не только на основании интенсивности развития неровностей, но и на основе закономерностей углубления поверхностных трещин и выкрашиваний при увеличении наработки рельсов в данных условиях эксплуатации. Для определения глубины поверхностных трещин необходимо создавать специальную дефектоскопную аппаратуру.

межремонтный эксплуатационный ресурс, контактно-усталостные дефекты, циклическая пластическая деформация, волокнисто-деформированный перлит, наклеп, углубление трещин, питтинг

1. Шур Е. А. Повреждения рельсов. М.: Интекст, 2012. 192 с.

2. Абдурашитов А. Ю. Совершенствование профиля рельсов // РСП Эксперт. 2014. № 10 (66). С. 21 - 24.

3. Обобщение мирового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса: пер. с англ. / У. Харрис, С. М. Захаров [и др.]. М.: Интекст, 2002. 408 с.

4. Dembosky M. Rolling Contact Fatigue: the solution has emerged but the problem remains/ Permanent Way Institution. 2006. Vol. 124. № 2. P. 72.

5. Girsch G., Heyder R. Head-hardened rail put to the test. Railway Gazette International, 2004, No. 1, p. 42 - 44.

6. Heyder, R., Girsch, G. Testing of HSH® rails in high-speed tracks to minimize rail damage. Wear, 2005, No. 7 - 8. p. 1014 - 1021.

7. О некоторых причинах повреждаемости рельсов на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» / Е. А. Шур [и др.] // Железнодорожный транспорт на современном этапе: сб. трудов ОАО «ВНИИЖТ». М.: ВМГ-Принт, 2014. С. 259 - 267.

8. Куклин С. А. Контактные задачи при качении. Современные проблемы теории машин: материалы II Международной заочной научно-практической конференции / НОЦ «МС». Новокузнецк: Издательский центр СибГИУ, 2014. С. 33 - 40.

9. Деструкция рельсовых сталей в условиях тяжеловесного и высокоскоростного движения / Л. Р. Ботвина [и др.] // Интеллектуальные системы на транспорте: материалы Третьей международной научно-практической конференции «ИнтеллектТранс-2013», Санкт-Петербург, 3 - 5 апреля, 2013. С. 307 - 313.

10. Усталостное разрушение рельсовой стали после эксплуатации / Н. А. Махутов [и др.] // Сборник материалов V международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Москва, ноябрь, 2013 г. М.: ИМЕТ РАН, 2014. С. 87 - 88.

11. Закономерности накопления повреждений в рельсовой стали в условиях контактной усталости / Л. Р. Ботвина [и др.] // Сборник материалов V международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Москва, ноябрь, 2013 г. М.: ИМЕТ РАН, 2014. С. 11 - 12.

12. Кинетические закономерности развития поврежденности в рельсовых сталях / Н. А. Махутов [и др.] // Сборник материалов IV международной научно-практической конференции «Интеллектуальные системы на транспорте» (ИнтеллектТранс-2014), 3 - 4 апреля 2014 года, Санкт-Петербург / под ред. д-ра техн. наук, проф. А. А. Корниенко. СПб.: ПГУПС, 2014. С. 121 - 127.

13. Технические указания по шлифованию рельсов: утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 22 февраля 2011 г. № 388 р.

14. Изменения и дополнения, которые вносятся в Технические указания по шлифованию рельсов: утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 29 декабря 2014 г. № 3174 р.