Основные критерии надежности и долговечности рельсовой стали. Методы определения коэффициента диффузии элемента в твердом растворе

Билет № 14.

Вопрос 1. перечислите с конкретными примерами факторы влияющие на процесс превращения переохлажденного аустенита.

1.распад А происходит при больших степенях переохлаждения, т.е. с увеличением скорости охлаждения температурный интервал распада А спускается к более низким температурам.

При V_охл. =V₄ подавляется диффузионный распад А и происходит закалка стали. Следовательно увеличение скорости охлаждения от V₁ до V₃ приводит к получению более мелкодисперсных структур, и, следовательно к повышению твердости.

Вопрос 2. назовите основные критерии надежности и долговечности рельсовой стали. Приведите методы их определения.

При движении поезда рельсы испытывают знакопеременные изгибающие напряжения. Из-за наличия стыков, неровностей на колесах и рельсах, высоких соростей движения поездов и т.п. нагрузки на рельсы часто носят ударный характер. Конструктивная прочность рельсовой стали определяется конструктивно – усталостной прочностью и вязкостью разрушения.

Повышение долговечности в настоящее время достигается уменьшением загрязненности рельсовой стали НВ, совершенствованием профиля рельсов, повышением прочности рельсовой стали путем изменения её химического состава, вследствие упрочняющей термической обработки.

Рельсы тяжелых типов изготовляют из высокоуглеродистой стали с повышенным содержанием Mn (0,6-1,5 %) – это (Р75,Р65, и Р50 (для25 т или до 25 м?)). Повышенное содержание углерода – для увеличения количества твердых частиц второй фазы в структуре цементита, входящего в состав тонкопластинчатого перлита (С~0,8 %). Применяют три вида термической обработки:

- противофлокенную;

- термическое упрочнение концов ;

- упрочнение по всей длине.

Критерии  надежности и долговечности:

- твердость: в качестве источника напряжения служит вдавливаемый шарик или конус. Методы измерения –по Бриннелю; по Роквеллу;

- измерение микротвердости. (s_в, s_0,);

- испытание на ударный изгиб: проводят на маятниковых копрах, характеристикой свойств служит удельная работа, затраченная на разрушение образца ( КС) – ударная вязкость (кДж/м²). В зависимости от остроты надреза значения ударной вязкости будут различны (KCU,KCV);

- определение порога хладноломкости : проводят ряд испытаний при различных температурах и строят сериальные кривые;

- циклическая прочность – наибольшее напряжение, которое материал может выдержать за определенное время работы;

- циклическая долговечность – число циклов, которые материал выдерживает до усталостного разрушения;

- ползучесть: длительные испытания при повышенных температурах, строят кривые ползучести;

- износ: медленное разрушение, вследствие трения двух соприкасающихся поверхностей деталей.

Вопрос 3 . предложите методы определения коэффициента диффузии элемента в твердом растворе.

Коэффициент диффузии (КД) обычно находят по концентрационным кривым, описывающим зависимость концентрации диффундирующего элемента С от глубины проникновения Х , и времени  t ,либо зависимость количества вещества q от толщины образца l и времени t.

Методы можно разделить на прямые в которых непосредственно измеряется концентрация ( в данном слое х или средняя) или количество вещества ( химически, спектроскопически, взвешиванием) ; и косвенные, в которых о концентрации судят по изменению какого либо свойства ( микротвердости, электропроводности, магнитных свойств, периода решетки); специфические методы: метод электронно – дырочных периодов; м. фото э.д.с. , емкостный м..

Метод внутреннего трения – для измерения коэффициента диффузии при низких температурах.

Метод меченных атомов – применение радиоактивных изотопов (измерение диффузии в микрообъемах, определение параметров самодиффузии, малых значений коэффициента диффузии, определение параметров диффузии без разрушения образца.

Метод снятия слоев, при котором устанавливается распределение радиоактивного вещества после диффузии его вглубь образца.

Адсорбционные методы – основаны на уменьшении интенсивности β – излучения с поверхности образца вследствие проникновения радиоактивного вещества в процессе диффузионного отжига  в глубь образца ( сохранение цельности образца).

Метод авторадиографии – позволяет изучить распределение диффузионного элемента и локально оценить диффузионную подвижность ( раздельно по границам и внутри зерен при измерении плотности почернения авторадиограммы).

Для определения Д(С) в бинарных сплавах пользуются методом Матана.

Д(С) вычисляется по экспериментальной кривой С(х) для любой концентрации С=С(х):

 х отсчитывается от площади матано , расположенной так, чтобы заштрихованные участки слева и справа от неё были равны (=0). Величину Д(Сх) рассчитывают по измеренной площади заштрихованного черным участка и обратной величине наклона кривой при С=Сх.