Materials de plaques de pressió, tractament tèrmic, fatiga

Què porta la placa de pressió

La placa de pressió es troba entre la base del rail i la travessa o la placa base, distribueix la força de subjecció del sistema de subjecció sobre el peu del rail i ajuda a subjectar el rail lateralment. Veu un espectre de càrrega fluctuant: cada passa de roda afegeix un pols de compressió i la corba afegeix flexió lateral. Una placa que perd força o desenvolupa una esquerda modifica la distribució de càrrega de tot el conjunt de fixació i el rail comença a moure's per sota. La resistència a la fatiga, la capacitat de sobreviure a milions de cicles de càrrega sense esquerdes, és, per tant, la propietat principal del disseny del material de la placa, i es crea al forn de tractament tèrmic, no a l'oficina de dibuix. Les dues famílies d'acer utilitzades, l'acer al carboni mitjà C45 i l'acer per molles 60Si2Mn, s'escullen exactament per aquest motiu: ambdues responen bé al tractament tèrmic, i la ruta del procés decideix si la placa serveix durant anys o falla en mesos.

Temperament i temperament versus normalització per a C45

El tremp i el tremp formen sorbita temperada, una estructura que combina alta resistència amb duresa, de manera que la placa resisteix tant la compressió alterna de les càrregues del tren com l'impacte dels plans de les rodes. L'estructura normalitzada, perlita més ferrita, té una duresa més baixa i les esquerdes de fatiga s'inicien aviat en els punts de concentració de tensió, com ara les vores dels forats i les cantonades de la secció. La diferència en el límit de fatiga, 250 MPa contra 180 MPa, es tradueix directament en vida: sota el mateix espectre de càrrega, la placa normalitzada només dura un 60% més. Per a un component que es troba en pista durant anys, el cost addicional de la ruta de trempat i temperat es recupera moltes vegades en el cost d'inspecció i substitució.

Enduriment superficial de plaques 60Si2Mn

Quan la placa també ha de resistir l'abrasió del peu del rail, el grau d'acer de molla 60Si2Mn s'endureix a la superfície mitjançant calefacció per inducció i refredament ràpid. La superfície arriba a HRC 45 a 50 amb una densa capa martensítica, que augmenta la resistència al desgast més de dues vegades. Més important per a la fatiga, la capa superficial endurida comporta un esforç de compressió residual que cancel·la part de l'esforç de flexió de tracció de les càrregues del tren, augmentant el límit de fatiga entre un 25 i un 30 per cent. L'estructura té deliberadament dues capes-: una carcassa resistent al desgast-a l'exterior i un nucli temperat resistent a l'interior, per això el disseny s'anomena dur per fora i dur per dins. Aquesta combinació fa que les plaques de 60Si2Mn endurides en superfície siguin l'opció preferida per a línies de transport pesades, on l'abrasió i la fatiga actuen conjuntament. S'han d'especificar la profunditat d'enduriment i la duresa del nucli, perquè un cas massa prim es desgasta i un nucli massa dur perd duresa.

Apagar les esquerdes i la seva prevenció

Les esquerdes d'extinció són el defecte clàssic del tractament tèrmic i provenen de tres causes. En primer lloc, l'escalfament massa ràpid crea una gran diferència de temperatura entre la superfície i el nucli i un alt estrès tèrmic. En segon lloc, el refredament massa ràpid a l'extinció permet que l'estrès de transformació de l'austenita a la martensita superi la resistència local de l'acer. En tercer lloc, les cantonades afilades i les vores dels forats sense xamfrans actuen com a concentradors d'esforços on es descarrega l'esforç de transformació. Les mesures de prevenció són estàndard: escalfar per esglaons perquè la diferència de temperatura es mantingui petita, apagar en un mitjà graduat com un bany de nitrat per frenar el refredament i xamfar cada cantonada afilada i vora del forat amb un radi de 0,5 mm o més abans de l'enduriment. Una placa amb una fissura d'extinció és ferralla, perquè l'esquerda s'obre sota càrrega i es converteix en una falla per fatiga, de manera que el cost de la prevenció és molt inferior al cost del defecte.

L'acceptació de la duresa i el perill de valors incorrectes

La duresa és la-porta per a la qualitat del tractament tèrmic. Una placa C45 templada i temperada hauria de mesurar HRC de 22 a 28, i una placa de 60Si2Mn endurida a la superfície de 45 a 50 a la superfície. Si la duresa és massa alta, per sobre de HRC 55, la placa es torna trencadissa: la duresa a l'impacte disminueix en més d'un 40 per cent i la placa es pot fracturar sota la càrrega d'impacte, amb el risc més alt a les baixes temperatures d'hivern. Si la duresa és massa baixa, per sota de HRC 35, la força i la resistència al desgast són insuficients, la placa es deforma plàsticament sota la càrrega lateral del carril, es forma un pas a la cara de contacte i el carril comença a desplaçar-se lateralment i eixamplar el calibre. Ambdós modes de fallada escurcen la vida útil de la placa i desestabilitzen el sistema de subjecció, per això la prova d'acceptació inclou la mesura de la duresa en un nombre definit de peces per lot.

Comprovacions de camp en plaques instal·lades

In situ, l'estat del tractament tèrmic es comprova sense equip de laboratori. Un tester de duresa portàtil Rockwell mesura la duresa de la superfície i confirma la banda, HRC 22 a 28 per a C45 temperat i temperat i HRC de 45 a 50 per a 60Si2Mn endurit en superfície. S'examina la superfície per esquerdes, descarburació i deformació; qualsevol d'aquests rebutja la placa. Els inspectors experimentats també utilitzen la prova de so: una placa apagada i temperada sona amb un to profund, una placa endurida de superfície- amb un to nítid i un to ronc suggereix una esquerda interna. Quan se sospita d'un lot, es prenen mostres per fer proves de duresa a l'impacte per confirmar el tractament tèrmic abans que les plaques s'alliberin per al seguiment. Les mateixes comprovacions s'apliquen a les mercaderies entrants, i un comprador hauria d'especificar la finestra de duresa, la taxa de mostreig i el mètode de prova a l'acord tècnic.

Per què és millor el tremp i el temperat que la normalització per a plaques de pressió?

Perquè forma sorbita temperada, que combina força amb duresa. El límit de fatiga augmenta d'uns 180 MPa a 250 MPa i la vida útil es duplica aproximadament en comparació amb una placa normalitzada del mateix acer.

Quina duresa ha de tenir una placa de pressió?

Una placa C45 templada i temperada hauria de tenir una HRC de 22 a 28, i una placa de 60Si2Mn endurida a la superfície de 45 a 50 a la superfície. Els valors superiors a HRC 55 corren el risc de fractura fràgil i per sota de HRC 35 corren el risc de deformació plàstica.

Com s'eviten les esquerdes d'extinció?

Mitjançant escalfament esglaonat, extinció gradual en un bany de nitrat i xamfranat cada cantonada afilada i vora del forat amb un radi de 0,5 mm o més. Els xamfrans eliminen els punts de concentració de tensió on l'esforç de transformació trenca l'acer.

Què passa si la placa és massa dura?

La placa es torna trencadissa, amb una resistència a l'impacte reduïda en més d'un 40 per cent. Es pot fracturar sota la càrrega d'impacte del tren i el risc és més alt en condicions fredes d'hivern, de manera que la duresa superior a HRC 55 es rebutja en acceptar-se.

Com es controla la qualitat del tractament tèrmic in situ?

Amb un provador de duresa Rockwell portàtil contra la finestra especificada, una comprovació visual d'esquerdes i descarburació i la prova de so amb un martell. Un to ronc indica una esquerda interna, i lots sospitosos passen per proves de resistència a l'impacte.

C45 o 60Si2Mn, quin material per a plaques pesades-de transport?

60Si2Mn amb enduriment superficial és l'opció de transport pesat-: la superfície HRC 45 a 50 resisteix l'abrasió del peu del carril i la tensió de compressió residual augmenta el límit de fatiga entre un 25 i un 30 per cent, mentre que el nucli resistent prevé la fractura.