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

42ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ РЕЛЬСАМ

Кнастоящему времени на магистральных линиях, где преоб­ ладают рельсы тяжелых типов с повышенным содержанием уг­ лерода, относительное число рельсов, имеющих волнистое смя­ тие, уменьшилось. Наблюдение за работой рельсов, термически обработанных на сорбит, показало, что они не дают волнистого смятия. Таким образом, при введении термической обработки дефект этот будет исключен, как и вообще все явления смятия.

Четвертая группа: волосовины в подошве рельсов

Дефекты четвертой группы (№ 40—42) представляют собой изломы и трещины, вследствие волосовины в подошве (рис. 22).

Рис. 22. Дефекты четвертой группы:

Л*9 40 — продольная трещина посредине подошвы: № 41 — откол подошвы; № 42 — излом рельса от трещины вдоль подошвы

В настоящее время одиночное изъятие рельсов по этой груп­ пе дефектов является очень небольшим и измеряется в десятых долях процента по отношению к общему снятию рельсов.

Трещины и изломы по волосовинам чаще возникают на рель­ сах типа Р-43, чем на рельсах Р-50 и Р-65. Значительное сниже­ ние этого дефекта было достигнуто в результате совершенство­ вания технологии производства рельсов и, в частности, внедре­ ния калибровки с разрезанием заготовки гребнем в первом тавровом калибре, что позволило повысить требования к рельсам. Согласно ГОСТ 8160—56 в средней трети подошвы глубина во­ лосовин не должна превышать 0,3 мм. Вогнутость подошвы не допускается, а выпуклость ограничивается величиной 0,5 мм. Последнее способствует резкому уменьшению усталостных яв­ лений, приводящих к отколам подошвы.

При дальнейшем увеличении вес.а рельсов и, самое главное, при введении объемной термической обработки, например за* калки в масле, этот дефект, очевидно, не будет встречаться на наших дорогах.

46 ТРЕБОВАНИЯ, ПР ЕД Ъ ЯВ ЛЯ Е МЫЕ К ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ РЕЛЬСАМ

ны. Ниже будет показано, как решается сейчас задача преду­ преждения появления флокенов в бессемеровских рельсах.

Дефект № 64 получает в настоящее время довольно широ­ кое распространение. Этот поперечный излом представляет со­ бой разрушение усталостного типа и также является одним из наиболее опасных, так как дефектоскопы не всегда своевремен­ но обнаруживают его.

Неясна еще связь дефекта № 64 с 82. Имеется довольно большое количество случаев, когда очагом поперечного излома усталости являются какие-то другие концентраторы напряже­ ний, а не угловые выщербины.

Характерной особенностью дефекта № 64 является то, что очаг разрушения находится на поверхности рельса. Разрушения такого типа (рис. 25) появляются при испытании рельсов на усталость на машинах с подвижной нагрузкой. Как было пока­ зано в некоторых работах, число циклов нагрузки, необходимое для разрушения рельса, зависит от прочностных характеристик стали и, в частности, от предела текучести. Чем выше предел те­ кучести, тем большее число циклов нагрузки выдерживает рельс. Так, по данным Кремера для термически необработанных рель­ сов (ое = 50,0 кг/мм2) число циклов до разрушения составляет 955 тыс., а для термически обработанных (ое = 88,2 кг/мм2)— 3866 тыс. По данным Ю. В. Грдины и А. А. Говорова, для терми­ чески необработанных рельсов (crs= 58,7 кг/мм2) число циклов до разрушения составляет 66,1 тыс., а для термически обработан­ ных (gs = 70 -г- 80 кг/мм2)—144 тыс.

Основываясь на результатах этих работ, можно полагать, что при переходе к термически обработанным рельсам количе­ ство дефектов № 64 уменьшится.

Седьмая группа: горизонтальные трещины на шейке

К этой группе относятся дефекты № 70 и 73 (рис. 26). Во всех случаях в первой стадии разрушения наблюдается трещи­ на посредине шейки или под головкой. Эти трещины представ­ ляют собой усталостные разрушения, причем, как правило, тре­ щины сопровождаются коррозией, так что иногда разрушение этого типа носит название «красный излом».

Дефекты седьмой группы возникают вследствие недостаточ­ ной прочности шейки рельсов. Этот вид разрушения был очень широко распространен, когда самым тяжелым типом рельсов являлись рельсы 1а. При переходе к рельсам Р-43 снятие рель­ сов из-за этого дефекта уменьшилось, но все же оно составляет 15—30% общего снятия рельсов с пути. Уже для рельсов Р-50 снятие по дефектам седьмой группы составляет не более 1,5%, а для рельсов Р-65 оно практически отсутствует.

Таким образом, увеличение веса 1 пог. м рельса до 65 кг, по­ вышение содержания углерода, увеличение размеров подошвы и шейки рельсов и жесткие нормы по волосовинам в подошве — все это привело к значительному упрочнению подошвы и шейки рельсов. Дефекты и повреждения этих частей профиля рельсов исчезли, и снятие рельсов с пути стало ничтожно малым.

Однако это не значит, что возросла эксплуатационная стой­ кость рельсов. Наиболее слабой частью профиля оказалась те-

Рте. 26. Дефекты седьмой группы:

перь головка рельса. В ней сконцентрировались почти все по­ вреждения рельсов, и особенное распространение получили де­ фекты восьмой группы, в частности дефект № 82.

Восьмая группа: выщербины и повреждения головки

врезультате контактной усталости

Вэтой группе дефекты весьма разнохарактерные (рис. 27). По данным табл. 7, наибольшее развитие имеют дефекты № 80

и82. Снятие рельсов из-за дефектов 81, 83 и 84 незначительно. Дефект № 80 вызывается пробуксовкой колес локомотивов.

Под действием высокой температуры, развивающейся в резуль­ тате трения колеса о рельс, происходит закалка поверхностного слоя на мартенсит обычно глубиной 1—3 мм. В дальнейшем хрупкий закаленный слой растрескивается и выкрашивается, образуя темное углубление.

48 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ РЕЛЬСАМ

Очевидно, образование этого дефекта зависит от свойств рельсовой стали. Чем прочнее рельс, чем выше в нем содержа­ ние углерода и легирующих элементов, тем выше прокаливаемость стали и тем легче будут образовываться на ней дефекты типа № 80. Но так как содержание углерода не может быть снижено в рельсах, то необходимо добиваться уменьшения ко­ личества этих дефектов улучшением условий эксплуатации и тя­ говых характеристик локомотивов.

Рис. 27. Дефекты восьмой группы:

№ 80 — выщербина сверху на головке от буксования; № 81 — ржавление подошвы; № 82 — выщербина сбоку головки; № 83 — поперечный излом от тре­ щины в подошве; № 84 — выкрашивание наплавленного или закаленного слоя в стыке

Дефект № 82, по данным табл. 7, ведет к изъятию также очень большого числа рельсов. На рельсах тяжелых типов это изъятие составляет чуть-ли не половину общего съема рельсов с пути. Впервые широкое развитие дефекта типа № 82 наблю­ далось в США. Было отмечено, что распространение этого де­ фекта связано с определенными участками железных дорог, ко­ торые особенно сильно поражаются выщербинами. Также было' замечено, что повреждения рельсов угловыми выщербинами мо­ гут быть разбиты на две группы. К первой из них относятся выщербины, возникающие в результате наплыва металла на внутреннюю рабочую вертикальную грань головки (рис. 28). По американской терминологии этот дефект называют «cheeling». Он является, по мнению американских исследователей, опасным, так как имеет склонность переходить в усталостные поперечные изломы по типу дефекта № 64. Ко второй группе относятся де­ фекты, показанные на рис. 29 и 30; их называют «flaking». От-