Высокочастотные вибрации, возникающие в результате многих факторов при действующих нагрузках в системе «колесо–рельс», оказывают огромное влияние на структуру и свойства рельсовой стали – возникают значительные контактные напряжения в поверхностном слое, влияющие на прочностные характеристики и общую усталость конструкции железнодорожного пути. Результатом такого воздействия, в частности, является образование так называемого «белого слоя» (White Layer, WL) – упрочнённого слоя на поверхности основного материала, устойчивого к химическому травлению и имеющего высокую твёрдость (выше 1000 HV) и хрупкость.

Целью настоящего исследования явилось изучение особенностей механизма формирования, а также свойства образующегося на поверхности металла белого слоя с применением комплексного подхода, а именно: разрушающих методов контроля, методов электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, металлографических методов и методов микротвёрдости.

Достоверность экспериментальных исследований обусловлена использованием стандартизированных методов испытаний, разработанными методами разрушающих и неразрушающих испытаний по основным направлениям, наличием аккредитованной и аттестованной лаборатории, что дало возможность в полном объёме и соответствующем качестве достичь поставленных задач.

По результатам исследований представлен анализ белого слоя, формирование которого имело место в высокоуглеродистой рельсовой стали М76 после циклических испытаний с частотой 20 кГц. Детально изучена морфология, фазовый состав и микротвёрдость данных включений в сравнении с базовым металлом. Показано, что белый слой представляет собой высокодисперсные, перлитообразные, безликие включениия феррито-цементитной структуры, причём их микротвёрдость в 3–4 раза выше исходной стали и составляет 1000–1200 HV. Предложен возможный механизм формирования белого слоя: дробление феррита и цементита, входящих в состав перлита, без промежуточных фазовых превращений.