ДИАГНОСТИКА НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ТРЕЩИНЫ ВБЛИЗИ БОЛТОВОГО ОТВЕРСТИЯ РЕЛЬСА

Булатов В.П., Тулаев В.И., Фадин Ю.А., Яхъяев Н.Я.

(Институт проблем машиноведения РАН г.Санкт-Петербург, РФ)

The new way of diagnostics an initial stage of the bolt hole fatigue crack in rail steel is considered.

Болтовые отверстия в рельсах являются концентраторами напряжения и поэтому вблизи них иногда возникают трещины. В железнодорожных рельсах такие дефекты относятся к особо опасным (дефекты 5 группы). Для их выявления применяется ультразвуковые передвижные дефектоскопы, которые обычно работают в области частот 3-5 МГц. Ультразвуковые дефектоскопы могут выявлять уже сформировавшиеся трещины с достаточно большим размером (~30 мм). В современных закаленных рельсах критический размер трещины составляет ~10-15 мм. Поэтому такие трещины не могут быть обнаружены ультразвуковым способом. Необходима разработка новых способов диагностики рельсов. Известно, что трещины у болтовых отверстий образуются в направлениях максимальных касательных напряжений ( под углами в 45^о к действию нагрузки колес). Было проведено исследование концентрации фосфора, который имеется в рельсовых сталях в разных микрообластях вблизи болтового отверстия. Было обнаружено, что с течением времени в областях примыкающим к направлениям максимальных касательных напряжений происходит изменение концентрации примесей. Так на рельсах Р65 за 7 лет эксплуатации на главной магистрали концентрация фосфора в рассматриваемых микрообъемах увеличилась вдвое. Это говорит о том , что под действием приложенных пульсирующих механических напряжений в областях концентраторов напряжения в рельсах происходит перераспределение примесей. Материал с повышенной концентрации фосфора, по видимому, может быть начальной стадией зарождения усталостной трещины. Механизмом процесса изменения локальной концентрации фосфора является диффузия в поле механических напряжений, которые вблизи болтового отверстия, по крайней мере, в три раза превосходят номинальные напряжения, возникающие в рельсе. Полученные результаты могут служить основой для разработки нового метода диагностики усталостных трещин в рельсах.