книги из ГПНТБ / Полухин П.И. Прокатка и термическая обработка железнодорожных рельсов

вым границам, теряют подвижность. Водород, поступивший с ними, увеличивает общую концентрацию его на фазовых гра­ ницах.

Другая часть дислокаций, а также свободно движущиеся протоны водорода минуют фазовые границы, выходят на поверх­ ность и выделяют водород в окружающую среду. Вследствие этого понижается средняя концентрация водорода в металле и начинается также обеднение атмосфер дислокаций, так как отно­ шение концентраций водорода в атмосфере к средней расчетной концентрации представляет собой постоянную величину.

Таким образом протекают два прямо противоположных про­ цесса: с одной стороны, накопление водорода на фазовых гра­ ницах, а с другой, выделение водорода из стали, общее пони­

связанного с дислокациями, закрепленными на границе раздела фаз, ссв — свободный водород, а х — количество водорода, вы­ делившегося из стали до рассматриваемого момента времени, то можно написать очевидное равенство:

1 — а

Концентрация водорода в дислокациях, находящихся на гра­ ницах раздела, фаз вследствие общего снижения его содержания в стали, постепенно уменьшается. Атмосферы дислокаций обед­ няются. Таким образом, величина сд, уменьшаясь, достигнет не­

рил эти опыты, используя ту же методику насыщения жидкой стали водородом. Из слитков по обычной технологии прокаты­ вали рельсы, которые затем разрезали на горячие пробы, прохо­ дившие изотермическую выдержку в электрических печах около рольганга. После изотермической выдержки пробы охлаждали в воде или на воздухе и подвергали контролю на флокены. Наи­ большее поражение флокенами наблюдается на глубине 22 мм от поверхности катания рельсов, и отсутствие флокенов здесь представляет собой вполне надежную гарантию от появления флокенов в головке рельса вообще.

Результаты этих работ представлены на рис. 155. В этом случае была также получена кривая с минимумом около 600°. Эта кривая идентична как теоретической кривой по уравнению, так и кривой, полученной Виогартом и Свансоном. Более позд­ ние опыты, проведенные на заводе В, показали, что правильнее считать положение минимума около 650°.

Если более детально рассмотреть процесс движения водоро­ да в стали при низкой температуре и выделить процесс накопле­ ния водорода на границах раздела фаз, то можно получить вы­ ражение для продолжительности инкубационного периода об­ разования флокенов. Под инкубационным периодом понимается продолжительность времени с момента достижения заданной температуры до момента появления первых флокенов. Эта за­ висимость имеет следующий вид:

циент диффузии D0e kT . В каждом конкретном случае темпера­ турная зависимость инкубационного периода определяется зна­ чением перечисленных параметров и, в первую очередь, напря­ женным состоянием стали. Придавая различные значения вели­ чинам • с0 и а, можно получить семейство кривых для (рис. 156). При больших значениях с0 и. а продолжительность

инкубационного периода резко уменьшается. Такие соотноше­ ния получаются, например, при быстром охлаждении насыщен-

Схорасто охлаждения, град/сен

Рис. 157. Зависимость инкубационного периода по явления флокенов от скорости охлаждения

ной водородом стали, ведущем к возникновению в ней высоких напряжений.

Очень мало имеется литературных данных по влиянию ско­ рости охлаждения на величину инкубационного периода. Дли

рельсовой стали такие данные были получены в одном исследо­ вании (рис. 157, кривая 1). Пусть в выражении (76) а = са>охл (где Уохл — скорость охлаждения), тогда после некоторых уп­ рощений можно получить

\^охл 1

На рис. 157 результаты расчетов по формуле (77) приведены в виде кривой 2. Численное совпадение здесь не имеет особого зна­ чения, ввиду подбора констант, но, как видно, характер кривых идентичен.

Рис. 158. Определение верхней температурной границы образования флокенов

Время, час.

Сравнивая выражения (75) и (76), т. е. полагая ^Из= 4шк, по­ лучаем уравнение

1п- 80с0 ц

решая которое относительно Т можно получить некоторую тем­ пературу Т0, являющуюся верхней температурной границей об­ разования флокенов. При температурах более высоких, чем Т0, 2тшк>/изПоэтому сталь успевает освободиться от водорода, и флокены не образуются. При температурах ниже Г0, наоборот,

вания флокенов является изотермическая выдержка при темпе­ ратурах максимальной подвижности водорода ДНМаксПри этом обязательным условием является, конечно, полное завершение превращения у-»-а.

При медленном охлаждении диффузия водорода протекает при снижающейся температуре. При этом меняется величина АН и время, необходимое для уменьшения концентрации водорода до величин, при которых флокены не образуются. Переход от изотермической выдержки к замедленному охлаждению может быть представлен следующим образом. На рис. 160 в координа­ тах температура — время приведены кривые изотермической выдержки 1 и замедленного охлаждения 2. Кривая 1 показывает время при каждой температуре, необходимое для предупрежде­ ния образования флокенов. Отрезок любой горизонтали от оси ординат (t—O) до кривой дает продолжительность изотермиче­ ской выдержки t-aз, достаточной для снижения содержания во­ дорода до безопасных величин. <

функцией. С точностью, достаточной для практических расчетов*

Определяя точки пересечения кривых 5—7 с горизонтальной линией, проведенной на уровне 1, нетрудно установить, что об­ щая продолжительность замедленного охлаждения составляет 4—5 час., если охлаждение начинается с 430\ и-3—4-часа, еслиохлаждение начато с 500°. При более быстром охлаждении рель­ сов из стали, насыщенной водородом в жидком состоянии, в них образуются флокены.

Следует отметить, что перед изотермической выдержкой по­ лезно переохладить сталь до 250—300°, выдержать короткоевремя, а затем' снова нагреть до температуры изотермической выдержки 600—650°. При этом, во-первых, полностью заверша-