Obrabotka Metallov. 2016 no. 1(70)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (70) 2016 61 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ отсутствие зазора между соединяемыми рель- сами. В результате при перекатывании колеса с отдающего конца рельса на принимающий отсутствует удар колеса о край головки прини- мающего рельса. При этом снижается уровень динамических нагрузок не только на рельсы в местах их соединения, но и на ходовую часть подвижного состава. Отсутствие удара в свар- ном соединении рельсов существенно снижает вероятность возникновения таких дефектов, как смятие, расслаивание и выкрашивание металла рельса, а также снижается вероятность образо- вания усталостных трещин [1–4]. В отличие от контактного способа сварки алюминотермит- ная сварка позволяет сваривать рельсы в зоне стрелочных переводов, на мостах, в тоннелях и кривых малого радиуса. Следует отметить, что наряду со сварными соединениями, получен- ными контактной сваркой, алюминотермитные сварные соединения являются недостаточно из- ученными. В процессе эксплуатации рельсов, сварен- ных алюминотермитной сваркой, было обнару- жено, что в зоне сварных швов образуются сед- ловины. В работах [5, 6] было установлено, что причина возникновения данного дефекта в по- нижении твердости металла сварного шва. Вто- рым наблюдаемым дефектом выхода из строя алюминотермитных сварных швов является по- явление трещин на границе сплавления сварного шва и основного металла рельса. Известно, что сварка создает разнородную структуру в зонах сварного шва и термического влияния. Сварные соединения без термической обработки имеют крупнозернистое строение. В зоне термического влияния присутствует пе- регрев металла, что значительно понижает пла- стичность и ударную вязкость, а также может приводить к образованию хрупкого разруше- ния сварных швов [7]. Измельчение структуры металла сварного соединения может быть до- стигнуто несколькими способами: за счет моди- фицирования литейного компонента [8], за счет поверхностного пластического деформирования [9, 10], за счет проведения термической обработ- ки (нормализации) [11, 12]. В настоящее время для улучшения эксплуатационных свойств алю- минотермитных сварных соединений рельсов после проведения алюминотермитной сварки допускается проведение нормализации металла в подошве рельса в зоне стыка, при этом голов- ка и шейка рельса не подвергаются термической обработке [13]. Цель исследований, описываемых в данной статье, – анализ механических свойств и струк- туры металла сварного шва и зоны термического влияния алюминотермитного сварного соедине- ния головки рельса после проведения нормали- зации. Материал и методы исследований Материалами исследования служили темпле- ты, вырезанные из головки алюминотермитного сварного соединения рельса с помощью гори- зонтального полуавтоматического ленточного станка UE – 350 SA. Поверхность катания го- ловки рельса была сформирована с помощью гратоснимателя после сварки, и последующее шлифование не проводилось. Нормализацию образцов проводили по следующим режимам: 1) выдержка образцов в печи при температуре 850…900 °С, время выдержки – 25…30 мин; 2) охлаждение образцов на воздухе [14]. По- сле удаления обезуглероженного слоя метал- ла и проведения соответствующей подготовки поверхностей была измерена твердость в зоне сварного шва и зоне термического влияния. Измерение твердости металла осуществляли по методу Роквелла с помощью универсаль- ного твердомера HBRV-187.5 в соответствии с ГОСТ 9013–59. На рис. 1 показано расположе- ние поверхностей и места нанесения отпечатков при измерении твердости: ●  поверхность А, расположенная перпенди- кулярно оси симметрии профиля рельса на глу- бине 20 мм от поверхности катания рельса; ●  поверхности Б, расположенная в попереч- ном профиле головки рельса на расстоянии 40 мм от центра сварного шва; ●  поверхность В, расположенная в попереч- ном профиле головки рельса в середине сварно- го шва. Расстояния между полученными после из- мерения твердости отпечатками были определе- ны с помощью цифрового микроскопа Levenhuk DTX 90. Среднее расстояние между отпечатками составило 2 мм, а расстояния межу полученными дорожками отпечатков 5 мм. Обработка данных, полученных в результате измерения твердости,