La corrosió és l'enemic principal
La primera i la més òbvia raó del tractament superficial és la corrosió. Un clip de molla, una punta de cargol o un cargol de peix en servei està exposat a la humitat, l'oxigen i els clorurs de l'esprai de sal, l'aigua de llast i els productes químics de-congelant, i la corrosió electroquímica que en resulta elimina la secció de càrrega-de la peça. La conseqüència no és només l'òxid: un clip que perd el 20 per cent de la seva secció perd rigidesa i força de subjecció, una punta amb tires de fils puntejades quan es torna a estrèn-i un cargol amb una fossa de corrosió sota el cap comença una esquerda per fatiga. El recobriment funciona per dos mecanismes: protecció de barrera, on la capa separa físicament l'acer de l'electròlit, i protecció catòdica, on el zinc es corroeix preferentment i protegeix l'acer de les ratllades i les vores tallades. Per tant, el recobriment s'ha de triar tant pel gruix com per l'adhesió, i verificar-lo a la peça acabada, perquè un recobriment que es deslamina crea una cèl·lula de corrosió pitjor que cap recobriment.
Control de fricció i funció de rosca
El tractament superficial també decideix com es comporta mecànicament un element de fixació. La relació de parell-a-precàrrega d'una unió cargolada depèn del coeficient de fricció de la rosca i de la cara del coixinet, i el recobriment és la principal influència en aquest coeficient: una rosca galvanitzada per immersió en calent té un comportament de fricció diferent d'una rosca galvanitzada o recoberta d'escates de zinc, i quan s'utilitzen recobriments lubricats definits i repetibles. Un malentès comú és que el recobriment de zinc omple els buits del fil i, per tant, augmenta la resistència a l'extracció-d'una punta de cargol. De fet, la capacitat d'extracció-d'una punta de cargol prové de la forma de la rosca, la longitud d'enganxament i la resistència del substrat, la fusta o la clavilla, no del recobriment, i el gruix del revestiment de la rosca està deliberadament limitat, de manera que la punta encara s'adapta a la seva clavilla i es pot cargolar sense danys. El que fa el recobriment en un fil és protegir-lo de la corrosió i controlar la fricció durant l'estrenyiment; no afegeix força de retenció mecànica.
Processos de recobriment comparats
La taula següent resumeix els principals processos de protecció utilitzats en els elements de fixació de ferrocarrils i les seves aplicacions típiques.
| Procés | Gruix típic | Estàndard de referència | L'aplicació-millor adequada |
|---|---|---|---|
| Galvanització per immersió-calent | 40-85 um als fixadors | ISO 10684, ISO 1461, GB/T 5267.3 | Clips, punxes, cargols, plaques en pista exposada |
| Escama de zinc-alumini | 5-12 um | ISO 10683 | Cargols-d'alta resistència, clips de molla, fricció controlada |
| zinc galvanitzat | 5-15 um | ISO 4042 | Servei lleuger, interior, on es gestiona -forn |
| Recobriment de difusió de zinc | 15-45 um | GB/T 26110 | Clips de molla de sistemes de subjecció-d'alta velocitat |
| Acer inoxidable | Sense recobriment | ISO 3506 | Túnels humits, planta costanera, indústries corrosives |
La galvanització en calent-per immersió continua sent l'opció principal per a les vies exposades perquè la capa d'aliatge de zinc-ferro s'uneix metal·lúrgicament a l'acer i ofereix una protecció gruixuda i dura. El recobriment de escates de zinc es prefereix quan la peça no ha de veure hidrogen, on el recobriment ha de romandre prim per a la tolerància de la rosca o quan es necessita un coeficient de fricció definit per a una instal·lació controlada de parell-. El recobriment de difusió de zinc, de vegades anomenat sherardització, proporciona una capa de ferro de zinc-dura i uniforme que s'adapta als clips de molla perquè no afecta el tremp de la molla i resisteix l'abrasió del contacte amb el llast.
Fragilització de l'hidrogen i elements de subjecció{0}}d'alta resistència
Una decisió de recobriment pot significar la diferència entre un cargol que serveix vint anys i un que s'enganxa sense previ avís: l'elecció del procés per als elements de fixació endurits. La galvanoplastia introdueix hidrogen a l'acer i, en els cargols de classe de propietat 10.9 i superior, o amb una duresa superior a uns 390 HV, l'hidrogen pot migrar a concentracions d'estrès i provocar una fractura retardada, una esquerda que apareix hores o dies després que el cargol s'estigui. La pràctica ISO 4042 requereix una cocció de-fragilització després de la galvanització, però la resposta d'enginyeria robusta per als cargols de via és evitar la galvanoplastia completament a les peces endurides i utilitzar un recobriment de escates de zinc o galvanització per immersió-calent, que no introdueixen hidrogen. La mateixa lògica s'aplica als clips de molla: l'acer de molla endurit és sensible a l'hidrogen i el procés escollit no ha de posar en risc la fragilitat de la zona de treball de la molla.
Desgast, abrasió i casos especialitzats
Més enllà de la corrosió i la fricció, el tractament superficial ha de sobreviure a l'entorn mecànic de la pista. Els clips i els cargols a prop del llast veuen l'abrasió de la pols de pedra i les eines de pis, de manera que el recobriment ha de ser prou resistent per mantenir-se intacte; La difusió de zinc i les capes d'immersió-calentes funcionen bé, mentre que la galvanoplastia fina es desgasta ràpidament. A la interfície entre una fixació metàl·lica i una travessa de fusta o un tac de plàstic, el recobriment també actua com a separador que redueix els danys galvànics i abrasius al substrat. Els casos especialitzats completen el panorama: a les línies d'alta-velocitat, els clips de molla solen estar protegits amb un recobriment de difusió de zinc o escates de zinc per combinar la resistència a la corrosió amb un processament segur-a la fatiga; en túnels i plantes costaneres, els elements de fixació d'acer inoxidable segons la norma ISO 3506 eliminen completament el problema de la corrosió a un cost més elevat; i a les zones de circuits de vies sensibles a l'electricitat, el recobriment i els components aïllants han de mantenir junts la resistència d'aïllament del sistema de subjecció segons les proves EN 13146-5. La regla de selecció és definir primer l'entorn, el requisit mecànic i la classe de propietat, i deixar que segueixi el recobriment.
Preguntes freqüents
P1: Per què es diu que el tractament de superfícies és funcional en lloc de cosmètic a les fixacions de la pista?
Com que la corrosió elimina la -secció de càrrega, el control de la fricció decideix si el parell especificat proporciona la força de subjecció especificada i el procés de recobriment pot introduir hidrogen a l'acer endurit. Tots tres afecten la seguretat de la pista, no l'aspecte.
P2: El recobriment de zinc augmenta la força d'extracció-d'una punta de cargol?
No. La força d'extracció-prové de la forma del fil, la longitud d'enganxament i la força de la fusta o de la clavilla. El recobriment protegeix el fil i controla la fricció de tensió, i el seu gruix al fil està limitat per preservar l'ajust.
P3: Quin recobriment és millor per a un cargol de pista de classe 10.9?
recobriment de escates de zinc segons ISO 10683 o galvanització per immersió en calent. Tots dos eviten el risc de fragilitat per hidrogen de la galvanoplastia sobre acer endurit, que pot provocar una fractura retardada després de la instal·lació.
P4: Quin és el gruix típic de la galvanització en calent-en els elements de fixació?
De 40 a 85 um depenent de la mida del fil i l'entorn, controlat per la tolerància del fil. ISO 10684 i ISO 1461 defineixen les classes i el mètode de verificació.
P5: Per què els clips de molla de les línies d'-alta velocitat sovint estan recoberts per difusió de zinc?
El procés proporciona una capa de zinc-ferro dura i uniforme que protegeix la molla sense afectar el seu tremp i sense risc d'hidrogen, i resisteix millor l'abrasió del llast que la galvanoplastia fina.
P6: Quan s'han d'especificar els elements de fixació d'acer inoxidable?
En llocs humits permanentment o químicament agressius on el manteniment del recobriment no és pràctic, com ara túnels, estructures costaneres i plantes industrials. Els fixadors d'acer inoxidable a ISO 3506 eliminen la corrosió com a mode de fallada amb un cost de material més elevat.