Исследование структуры и механических свойств алюминотермитных сварных соединений рельсов

Abstract

Сварные соединения рельсов являются неотъемлемой частью при создании бесстыкового пути. Однако зачастую они не обладают достаточной надежностью в процессе эксплуатации. В работе приведены результаты исследования твердости и структуры сварных соединений рельсов, полученных алюминотермитным способом сварки. Установлено, что на поверхности катания рельса в зоне сварного шва наблюдается пониженное значение твердости по сравнению с твердостью металла рельса, что может привести к образованию мягких участков с пониженным сопротивлением износу и смятию в зонах сварного шва, особенно в кривых пути. На границе сплавления рельса и сварного металла происходит увеличение твёрдости до 36–38 HRC, это связано с перегревом металла рельса в процессе сварки, что подтверждается результатами микроструктурного анализа. Показано наличие разницы в зернистости зоны термического влияния и зоны сварного шва: сварной шов имеет литую дендритную структуру, а зона термического влияния – крупнозернистую структуру. Структурная неоднородность металла сварного соединения увеличивает вероятность хрупких разрушений сварных стыков. Welded joints of rails are an integral part of continuous welded railway. However, they often do not have sufficient reliability during the operation. The paper presents the results of study of hardness and structure of aluminotermitic welded rail joints. It is found that the riding rail surface of welded joints has a reduced hardness compared to hardness of the rail metal, which can lead to the formation of soft sites with lower resistance to wear and crushing of the welded joints, particularly in the path curves. Hardness increases to 36–38 HRC on the boundary fusion line of the rail and welded metals. This is due to the harmful effects of overheating of the metal during welding process, which is confirmed by the results of microstructural analysis. Microstructural analysis also showed the differences in metal grain size in the welded zone and heat affected zone. The structure of welded metal zone is dendritic while the structure of heat affected zone is coarse-grained. Owing to the difference between structures of the welded joint zones, the probability of occurrence of brittle fracture on the boundary fusion line of the rail and welded metal is increased.