Верхняя будова шляху складаецца з рэек, змацаванняў, рэйкавых апор (часцей за ўсё ў выглядзе шпал); баласта і дадатковых элементаў у выглядзе проціўгонаў, сцяжак і іншых дэталяў. Акрамя таго, да верхняга будынка адносяць стрелочные пераклады, маставое палатно і шэраг спецыяльных прылад, напрыклад дарожныя загароды.

 У любых кліматычных зонах і ў любую пару года канструкцыя верхняга будынка шляху павінна быць трывалай, устойлівай, стабільнай, зносаўстойлівай, эканамічнай, якая забяспечвае бяспечны і плыўны рух цягнікоў з вялікімі хуткасцямі.

 Рэйкі- самы дарагі і самы адказны элемент верхняй будовы шляху. Да рэйак прад'яўляюць шмат патрабаванняў. Каб колы рухомага складу мелі меншы супраціў руху, трэба, каб рэйкі былі гладкімі. З іншага боку, для таго каб лакаматыў мог рэалізаваць максімальную сілу цягі, пажадана павялічыць счапленне яго колаў з рэйкамі, т. е. рэйкі павінны мець шурпатую паверхню. У сувязі з гэтым у неабходных выпадках пад колы лакаматыва на рэйкі падаецца пясок са спецыяльных прылад (пясочніц).

 Для меншага зносу рэйкі трэба рабіць з цвёрдай сталі. Аднак вельмі цвёрдая сталь можа быць далікатнай, што павялічвае небяспеку залому. Такім чынам, рэйкі павінны быць і цвёрдымі і глейкімі. Гэтая супярэчнасць вырашаецца на аснове рацыянальнага падбору хімічнага складу сталі і з дапамогай тэрмічнай апрацоўкі. Рэек павінен быць дастаткова жорсткім, каб лепш супраціўляцца выгібу пад коламі. У той жа час пры вялікай калянасці рэйкі будуць узрастаць так званыя дынамічныя сілы ад колаў (т. е. сілы падчас рухаў). Гэтую супярэчнасць імкнуцца вырашыць за кошт рацыянальнага падбору формы і памераў рэйкі.

 Нельга забываць, што рэйкі - выраб масавай вытворчасці, таму яны павінны быць дастаткова таннымі.

 Форма сучаснай рэйкі нагадвае двутаўравую бэльку, якая лепш за іншых супраціўляецца выгібу ў вертыкальнай плоскасці.

 На рускіх чыгунках першы стандарт на рэйкі быў прыняты ў 1903 – 1907 гг. Было зацверджана чатыры тыпы: 1-я, 2-я, 3-я і 4-я з масай адпаведна 43,57; 38,42; 33,48; 30,89 кг у 1 м. У 1947 г. і наступных гадах былі зацверджаныя новыя стандарты, усталёўвалыя наступныя тыпы рэек: Р43, Р50, Р65 і Р75 з масай адпаведна 44,65; 51,67; 64,72; 74,41 кг у 1 м. Літара Р азначае слова «рэйка», а лік паказвае прыблізную масу 1 м рэйкі. У наш час рэйкі тыпу Р43 пракатваюцца толькі для шляхоў прамысловага транспарта, а таксама па заяўках МПС для адзінкавай змены рэек Р43, ляжалых у шляхі, і для стрелочных перакладаў.

 Папярочныя профілі сучасных стандартных рэек (мал. 2.1) шмат у чым адрозніваюцца ад рэек першых стандартаў, прынятых у пачатку цяперашняга стагоддзя.
 

 Галоўка рэйкі акрэслена па коробовой крывой (т. е. крывой зменнай крывулі), у выніку чаго дасягаюцца цэнтральнасць у перадачы высілкаў ад колаў і дастатковая шырыня іх кантактнага следа. Радыус крывой у месцы пераходу ад верха рэйкі да яго бакавой грані прыняты 15 мм, што блізка да выкружкі на коле ў месцы пачатку грэбня. Гэта абцяжарвае ўспаўзанне кола на рэйку. Бакавыя грані галоўкі нахіленыя (1:20), што пашырае галоўку знізу і павялічвае апорны пляц пад накладкі. Шыйка рэйкі акрэслена па крывой пераменнага радыусу з тым, каб зрабіць патаўшчэнне пры пераходзе да галоўкі і падэшве. Падэшва зроблена больш магутнай у параўнанні з рэйкамі старых стандартаў, каб выключыць небяспеку яе залому пры выгіне.

 Варта падкрэсліць, што шырыня падэшвы і вышыня пазухі ¹ зроблены аднолькавымі для рэек тыпаў Р65 і Р75. Гэта вельмі зручна пры вядзенні пуцявой гаспадаркі, бо дае магчымасць ужываць прамежкавыя і стыкавыя змацаванні адны і тыя ж для абодвух тыпаў рэек.

 Якасць рэек мае вельмі вялікае значэнне ў забеспячэнні працяглых тэрмінаў іх службы і бяспецы руху цягнікоў. Міністэрства шляхоў зносін паставіла перад металургамі задачу - выпускаць такія рэйкі, каб яны да замены маглі прапусціць груз масай 1200 - 1500 млн. т брута ў прамых і 500 млн. т брута ў крывых малых радыусаў (600 м і менш).

 На металургічных камбінатах, дзе пракатваюць рэйкі, сталь вараць альбо ў мартэнаўскіх печах (некалькі гадзін), альбо ў канвертарах (15-18 мін) кіслароднае-канвертарным спосабам. Сталь разліваюць у изложницы. Пасля астывання ўтворацца зліткі. Іх разаграваюць і падаюць на блюмінгі, дзе адбываецца іх папярэдні абціск. Атрыманая нарыхтоўка далей паступае ў пракатныя постаці. Паступова сталёвая паласа прапускаецца праз "ручаі" табара і атрымлівае профіль рэйкі.

 Мартэнаўскі сталь лепш канвертарнай таму, што працяглы працэс варэння сталі дазваляе лепш рэгуляваць яе склад, у ёй менш фосфару і серы, менш шкодных прымешак.

 Рэйкі са сталі, вырабленай кіслароднае-канвертарным спосабам, утрымоўваюць большы адсотак фосфару і серы і, такім чынам, валодаюць большай халаднавата- і чырваналомкасцю (т. е. адпаведна небяспекай залому пры нізкіх і высокіх тэмпературах). Па гэтай прычыне на магістральных лініях рэйкі, вырабленыя гэтым спосабам, зноў не ўкладваюцца (ужываюцца на пад'язных шляхах прамысловасці).

 Якасць рэек кантралююць па хімічным складзе, мікра- і макроструктуре металу, трываласці, прамалінейнасці і іншым паказчыкам (трываласць звычайна ацэньваецца велічынёй часавага супраціву ўзору пры яго расцяжэнні).

 У склад рэйкавай сталі, акрамя жалеза, уваходзяць наступныя хімічныя элементы: вуглярод³ (0,67 - 0,82%), марганец (0,75 - 1,05%), крэмній (0,13 - 0,28%), фосфар (Да 0,035%), сера (да 0,045%).

 Вуглярод спрыяе падвышэнню цвёрдасці, т. е. зносаўстойлівасці, сталі. Нават невялікае павелічэнне ўтрымання вугляроду з 0,42 да 0,62% = прыводзіць да росту зносаўстойлівасці сталі амаль у 2 разы.

 Марганец - вельмі карысны дадатак, якая павялічвае як зносаўстойлівасць, так і ўдарную глейкасць (т. е. якая забяспечвае малую далікатнасць). Крэмній - дадатак, якая падвышае цвёрдасць і, такім чынам, зносаўстойлівасць сталі. Фосфар і сера - шкодныя дабаўкі. Іх наяўнасць звязана з тым, што яны змяшчаюцца ў прыродных жалезных рудах. У рэйках, якія выпускае жданаўскі металургічны камбінат «Азоўсталь», на базе керчанскіх руд утрымоўваецца мыш'як (0,15%). Яго прысутнасць у такіх памерах не пагаршае сталь.

 Пры вытворчасці сталі адбываецца частковае выгаранне прымешак з чыгуну. Разам з прымешкамі гарыць і жалеза, ператвараючыся ў закіс, які раствараецца ў вадкім метале і можа зрабіць яго непрыдатным для далейшай апрацоўкі. Таму метал перад разліваннем у изложницы прыходзіцца «раскісляць», т. е. вызваляць ад закісу жалеза шляхам дадатку ў яго адмысловых раскісляльнікаў, у якасці якіх выкарыстоўваюцца Al, SiCa і інш.

 Раскісляльнікі, прарэагаваўшы з кіслародам, утвораць вокіслы, асноўная частка якіх выдаляецца са дзындрай. Рэшткі вокіслаў раскісляльнікаў утвораць неметалічныя ўключэнні (напрыклад, гліназём), якія, раскочваючыся ўздоўж кірункі праката, утвораць дарожкі ці радкі. Гэтыя ўключэнні адрозніваюцца высокай цвёрдасцю (на парадак вышэй асноўнага матэрыялу), таму, пападаючы ў зону максімальных высілкаў, яны з'яўляюцца агменямі адукацыі стомленых расколін.

 Даследаванні апошніх гадоў паказалі, што выключэнне з раскісляльнікаў алюмінія дазваляе істотна паменшыць даўжыню маленькіх неметалічных уключэнняў. Таму з 1 ліпеня 1981 г. на рэйкі ўведзены новы ДАСТ 24182 - 80, адметная асаблівасць якога заключаецца ў тым, што з гэтага часу новыя рэйкі дзеляцца на 1 і 2 групы. Рэйкі 1 групы вырабляюць з мартэнаўскай сталі, раскісленай у каўшы комплекснымі раскісляльнікамі без ужывання раскісляльнікаў, якія ўтвараюць у сталі маленькія неметалічныя ўключэнні. Найлепшымі з іх у цяперашні час з'яўляюцца железованадийкремнекальциевые раскісляльнікі, якія прымяняе Кузнецкі металургічны камбінат. Магчыма таксама выкарыстанне кремнемагніетытанавых раскісляльнікаў.

 Рэйкі 2 групы вырабляюць з мартэраўскай сталі, раскісленай алюмініем або марганцоваалюмініевым сплавам.

 Ужыванне комплексных раскісляльнікаў для выраба рэек 1 групы дазваляе паменшыць даўжыню радкоў неметалічных уключэнняў з 8 мм (у 2 групе) да 2 мм (у 1 групе). У сувязі з гэтым устойлівасць і надзейнасць рэек падвышаецца прыкладна на 20 - 30%.

 Для далейшага паляпшэння хімічнага складу рэйкавай сталі праводзіліся доследы па ўвядзенні ў яе легіруючых дабавак, напрыклад хрому, што прывяло да павелічэння зносаўстойлівасці рэек, але не дало істотнага эфекту супраць узнікнення кантактна-стомленых пашкоджанняў. Досведы са сталлю, мелай падвышаны адсотак крэмнія (0,49 - 0,64%), паказалі, што хвалепадобны знос такіх рэек (гл. падрабязней у п. 2.3) становіцца менш, чым у рэек стандартнай вытворчасці.

 Што такое мікраструктура металу ? Калі выразаць узор рэйкавай сталі, адшліфаваць яго, пратруціць растворам азотнай кіслаты ў спірце, а затым разгледзець гэты "шліф" праз мікраскоп, то будзе бачная яго мікраструктура. Яна можа быць рознай: тое раўнамернае ці нераўнамернае размеркаванне чорных і белых плямак, то нейкая ігольчастая будынак і т. д. Пры гэтым адрозніваюць структуры: аўстэніт, мартэнсіт, сорбіт і т. д. Аказваецца, што якасць рэек значна ўзрастае пасля іх загартоўкі. Лепшымі ўласцівасцямі (зносаўстойлівасцю і глейкасцю) валодаюць структуры сорбіт загартоўкі і кій загартоўкі.

 Многія гады вялася доследная загартоўка рэек толькі па канцах, а затым па ўсёй даўжыні. Найбольшага поспеху дасягнулі на Ніжнетагільскім металургічным камбінаце, дзе ўжываецца аб'ёмная загартоўка, т. е. загартоўка ўсёй рэйкі (нагрэў у печах, а затым астуджэнне ў алеі). Тэрміны службы рэек, загартаваных такім чынам, узраслі амаль у 1,5 раза ў параўнанні з незагартаванымі. Добрыя вынікі атрыманы на камбінаце «Азоўсталь», дзе ўжываецца павярхоўная загартоўка галоўкі рэек водапаветранай сумессю пасля нагрэву токамі высокай частаты. Загартоўка рэек з пячнога нагрэву вадой таксама прымяняецца на Дняпроўскім металургічным камбінаце імя Ф. Э. Дзяржынскага.

 Праводзяцца даследаванні варыянтаў тэхналогіі стварэння асоба трывалых рэек, у прыватнасці выраба рэек, у якіх галоўка зроблена цвярдзейшай, чым шыйка і падэшва (з дапамогай адмысловага спосабу загартоўкі). Цвёрдасць характарызуюць адзінкамі па Брынеллю. Так, калі шыйка і падэшва будуць мець 331388 адзінак, то галоўка 450 адзінак.

 Прадугледжаны доследы па стварэнні тэрмаўмацаваных рэек з заэўтэктоіднай сталі (сталь, якая змяшчае вугляроду больш за 0,82%), а таксама рэек з біметала, г. зн. двухслаёвых з розных відаў сталей.

 Ацэнка якасці рэек праводзіцца таксама па макраструктуры сталі. Гэтую структуру можна бачыць на "шліфе" рэйкі няўзброеным вокам. Да добрай макроструктуры адносяць дробназярністую структуру, у якой няма ракавін, шлакавін, палон, валасавін, неметалічных уключэнняў. Асабліва важна, каб сталь не мела флокенаў (унутраных дробных пустэч, якія ўзнікаюць у сувязі з вылучэннем вадароду пры астыванні сталі).

 Для паляпшэння ўмоў эксплуатацыі шляху МПС сістэматычна павялічвае сярэднюю масу рэек на сетцы чыгунак. Чаму гэта выгадна, бачна з наступных лічбаў. Напрыклад, рэйкі тыпу Р65 цяжэй рэек тыпу Р50 на 26,3%, а тэрмін іх службы на 43% больш. Кладка рэек Р65 замест Р50 дае эканомію металу на 15%. Бягучы ўтрыманне шляху з рэйкамі Р65 абыходзіцца на 15 – 20% танней, чым з рэйкамі Р50, а з рэйкамі Р75 – на 20 – 25% танней, чым з рэйкамі Р65. Адзіночнае адабранне рэек Р75 па дэфектах на 30 - 40% менш, чым рэек Р65.

 Доўгія гады стандартная даўжыня рэек на нашых чыгунках складала 12,5 м. Відавочна, чым большая даўжыня рэек, тым менш стыкаў на кожным кіламетры шляху. Улічваючы, што стык - складанае і напружана працуючае месца ў дарозе, ужо даўно імкнуліся павялічыць даўжыню рэек. У наш час стандартная даўжыня рэек 25 м. У шляхі ўкладваюць рэйкі даўжынёй 25 м, як якія выпускаюцца заводамі, так і звараныя з рэек даўжынёй 12,5 м і іншай даўжыні.

 Рэйкі даўжынёй 12,5 выкарыстоўваюць толькі ў наступных выпадках: у якасці інвентарных пры кладцы рэйка-шпальнай рашоткі з жалезабетоннымі шпаламі (з наступнай заменай бізунамі бесстыкавага шляху), для стрелочных перакладаў і ў якасці ўраўняльных рэек на бесстыкавым шляху.

 У крывых участках шляху ўзнікае неабходнасць у скарочаных рэйках ( гл. П. 4.9). У сувязі з гэтым спецыяльна вырабляюць рэйкі даўжынёй 24,84 і 24,92 м пры 25-метровых рэйках і 12,42 і 12,46 м пры 12,5-метровых.

 Па канцах кожнай рэйкі ёсць адтуліны. У рэйках ранейшых стандартаў (1а - 4а) адтуліны рабіліся авальнай формы. Такая форма не занадта саслабляла шыйку па вышыні і дазваляла рэйцы змяняць сваю даўжыню пры змене тэмпературы.

 У сучасных рэек, якія маюць вялікія памеры шыйкі, робяць круглыя ​​адтуліны: яны прасцей у вырабе і, маючы дыяметр больш дыяметра ніта, не абцяжарваюць тэмпературныя змены даўжыні рэек.

 Для рэек тыпаў Р75 і Р65 раней выпускаліся толькі чатырохдзірныя накладкі, а для рэек тыпу Р50 - шасцідзірныя. Таму на кожным канцы рэек Р75 і Р65 было па дзве адтуліны, а ў рэек Р50 - па тры. Аднак для ўраўняльных рэек, тыпаў Р65 і Р75, якія ўкладваюцца на бесстыкавым шляху па канцах бізуноў, прыняты ўзмоцненыя накладкі даўжынёй 1000 мм з шасцю нітамі, таму ў наш час у рэйках Р65 і Р75 прасвідроўваецца па тры адтуліны на канцах. Гэта паляпшае тэмпературную працу рэек у стыках і спрыяе захаванню плыўнасці крывых у плане.

 Ведаючы дыяметр нітаў і балтавых адтулін (гл. мал. 2.1), можна падлічыць, чаму роўны найвялікі канструктыўны зазор паміж рэйкамі ў стыках. Для рэек Р50 ён роўны 21 мм, а для рэек Р65 - 23 мм. Фактычную ўстаноўку зазораў і кантроль за іх станам вырабляюць у адпаведнасці з Інструкцыяй па бягучым утрыманні чыгуначнага шляху.

 Для таго каб зменшыць небяспеку ўзнікнення расколін у нітавой адтуліны, на яго беражках здымаюць фаску 1 - 2 мм пад кутом каля 45°.

-----------------------
¹ Прастора паміж галоўкай і падэшвай, у якім размяшчаецца накладка.
² Створана магнітная апаратура для струменевага кантролю крывулі рэек.
³ У загартаваных рэйках да 0,77%.