Комплексна оцінка впливу термічної обробки на мікроструктуру й експлуатаційні властивості рейкових сталей - Клочко, О. Ю.; Воронов, О. С. (ТОВ «ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «МЕТІНВЕСТ ПОЛІТЕХНІКА», 2025)
У роботі досліджено вплив режимів термічної обробки на формування мікроструктури та експлуатаційні властивості рейкових сталей евтектоїдного та заевтектоїдного складу. Особлива увага приділена взаємозв’язку між параметрами тонкої структури (міжпластинчаста відстань, розмір зерна) та субзеренної структури (розмір блоків мозаїки, щільність дислокацій) із границею витривалості, що визначає довговічність і надійність рейок у реальних умовах експлуатації. Методами рентгеноструктурного та металографічного аналізу встановлено, що одинарне гартування з нагріву СВЧ формує у сталі різнозернисту структуру з підвищеною щільністю дислокацій, проте не забезпечує достатньої однорідності зерна аустеніту. Подвійна термічна обробка, яка включає сфероїдизуючий відпал на дрібнозернистий перліт і подальше гартування з нагріву СВЧ, забезпечує істотне подрібнення зерна, зменшення різнозернистості та формування високодисперсної, однорідної структури. Це призводить до зростання границі витривалості сталей порівняно з одинарною обробкою. Встановлено, що ключовим чинником підвищення втомної міцності є зменшення розміру блоків мозаїки та підвищення щільності дислокацій, тоді як вплив лише середнього розміру зерна аустеніту є менш визначальним. Найбільш значний ефект досягається у заевтектоїдних сталях із підвищеним вмістом вуглецю, де зростання частки карбідної фази та зменшення міжкарбідної відстані додатково підвищує опір розвитку втомних тріщин. Отримані результати мають практичну значущість для вдосконалення технології виробництва рейок нового покоління з підвищеною довговічністю та надійністю.

This study investigates the effect of heat treatment regimes on the formation of microstructure and service properties of eutectoid and hypereutectoid rail steels. Particular attention is paid to the relationship between finestructural parameters (interlamellar spacing, grain size) and subgrain features (mosaic block size, dislocation density) with the fatigue limit, which is a key factor in ensuring rail durability and reliability under real operating conditions. Using X-ray diffraction and metallographic techniques, it was established that single hardening from induction heating produces a mixed-grain structure with increased dislocation density but insufficient austenite homogeneity. In contrast, double heat treatment combining spheroidizing annealing for fine-grained pearlite with subsequent induction hardening significantly refines the grain size, reduces grain inhomogeneity, and forms a highly dispersed and uniform structure. This structural refinement leads to a considerable increase in the fatigue strength compared to single heat treatment. It was revealed that the most critical factor in improving fatigue resistance is the reduction in mosaic block size and an increase in dislocation density, whereas the role of average austenite grain size is less decisive. The strongest improvement was observed in hypereutectoid steels with higher carbon content, where an increased carbide fraction and reduced intercarbide spacing provide additional resistance against fatigue crack propagation. The results obtained have direct practical relevance for the development of next-generation rail steels with improved durability, strength, and reliability, which are crucial for modern rail transport systems operating under intensive loading and variable climatic conditions.
Comprehensive assessment of heat treatment effect on microstructure and service properties of rail steels
Keywords: рейкова сталь; термічна обробка; структура; втомна міцність; субзеренна структура; різнозернистість аустеніту; rail steel; heat treatment; microstructure; fatigue strength; subgrain structure; austenite grain size heterogeneity