Optimalizace procesu tepelného zpracování rybí desky a schéma zvýšení únavy spojů kolejnic
Jaké jsou mechanismy únavového porušení a hlavní faktory ovlivňující spoj rybí desky?
Mechanismus únavového selhání spoje rybí desky jeiniciace a šíření trhliny při střídavém namáhání. Při provozu vlaku dochází k určité mutaci tuhosti na kolejovém spoji. Zatížení-kolejnice se přenáší na příchytku přes příčku, což způsobuje, že příchytka nese opakované tahové a tlakové střídavé napětí kolem otvorů pro šrouby a na koncích. Mikrotrhliny se nejprve iniciují v oblastech koncentrace napětí a mikrotrhliny se dále šíří při střídavém napětí. Když délka trhliny dosáhne kritické hodnoty, rybí deska praskne. Mezi hlavní ovlivňující faktory patří tři aspekty: za prvé,výkonnostní faktory materiálu. Pokud ocel 45# běžně používaná pro rybí plechy není podrobena přiměřenému tepelnému zpracování, její pevnost v tahu a houževnatost jsou nedostatečné a v oblastech koncentrace napětí je náchylný vznik trhlin; druhý,strukturální faktory. Okraj otvorů pro šrouby a konce příchytky jsou oblasti koncentrace napětí. Pokud obvod otvorů není zkosený, faktor koncentrace napětí se výrazně zvýší, což urychlí iniciaci trhlin; třetí,procesní faktory. Nepřiměřené parametry procesu tepelného zpracování, jako je příliš nízká teplota kalení a nedostatečná doba temperování, povedou k nerovnoměrné metalografické struktuře rybí desky, zbytkovému napětí a snížené odolnosti proti únavě. Únavové selhání navíc ovlivní i stav údržby linky. Nadměrný výškový rozdíl v místě spoje kolejnice zvýší dodatečné namáhání spojovacího plechu a zkrátí životnost.
Jaké jsou základní parametry procesu a optimalizační metody kalení a temperování tepelného zpracování pro rybí plechy?
Základním procesem tepelného zpracování kalení a temperování u rybích plátů jekalení + vysokoteplotní-popouštění. Základní parametry procesu zahrnují pět aspektů: teplotu kalení, dobu výdrže, rychlost chlazení, teplotu temperování a dobu temperování. Pro 45# ocelové rybí desky je optimalizovaný rozsah kalící teploty 830-850 stupňů. Příliš nízká teplota povede k nedostatečné austenitizaci a v metalografické struktuře bude nerozpuštěný ferit, což sníží pevnost rybí desky; příliš vysoká teplota povede k hrubým zrnům a snížené houževnatosti. Doba výdrže se nastavuje podle tloušťky rybí desky. U rybích plátů o tloušťce 20 mm je doba výdrže optimalizována na 60-90 minut, aby byla zajištěna úplná austenitizace uvnitř materiálu. Rychlost chlazení přejímá metodukalení vodou a chlazení oleje. Ochlazený rybí plát se nejprve ochladí na 300 stupňů ve vodě a poté se přenese do oleje k ochlazení. Tato metoda může snížit namáhání při kalení a zabránit praskání rybí desky. Teplota temperování je optimalizována na 550-580 stupňů a doba temperování je optimalizována na 120–150 minut. Vysokoteplotní popouštění může transformovat metalografickou strukturu na temperovaný sorbit, který má vysokou pevnost a vysokou houževnatost a může výrazně zlepšit odolnost proti únavě. Optimalizační metoda využívá ortogonální zkušební metodu s pevností v tahu a rázovou houževnatostí jako hodnotícími indikátory a optimalizuje kombinaci pěti procesních parametrů, aby se nakonec určila optimální kombinace parametrů, takže pevnost v tahu rybí desky je větší nebo rovna 650 MPa a rázová houževnatost větší nebo rovna 30 J/cm².
Jaký je proces ošetření zpevnění povrchu a funkce obvodu otvoru pro závoru?
Ošetření povrchového zpevnění obvodu otvoru pro šroub rybí desky využívá kompozitní proceszpevnění válcováním + nauhličovací úprava. Valivé zpevňování je prvním procesem. K vyvíjení tlaku na povrch kolem otvoru pro šroub se používá speciální válcovací nástroj, který způsobuje plastickou deformaci na povrchu kolem otvoru, čímž se vytvoří pracovně -zpevněná vrstva o tloušťce 0,2-0,3 mm. Tvrdost pracovní-vrstvy může dosáhnout HV350 nebo více, což je o 30 % více než tvrdost matrice. Zpevnění válcováním může také snížit drsnost povrchu kolem otvoru pod Ra0,8 a snížit zdroje koncentrace napětí. Nauhličování je druhým procesem. Válcovaný rybí plát se umístí do nauhličovací pece a udržuje se při teplotě 920-940 stupňů po dobu 4-6 hodin, aby umožnily atomům uhlíku proniknout do povrchu kolem otvoru. Tloušťka nauhličené vrstvy je regulována na 0,8-1,0 mm a obsah uhlíku v nauhličované vrstvě je 0,8 %-1,0 %. Po nauhličování je nutné nízkoteplotní temperování při teplotě 180-200 stupňů po dobu 60 minut, aby se eliminovalo zbytkové napětí vznikající během procesu nauhličování. Proces zpevňování kompozitu má dvě hlavní funkce: za prvé zlepšuje tvrdost a odolnost povrchu kolem otvoru proti opotřebení, zabraňuje tření a opotřebení mezi šroubem a obvodem otvoru; za druhé, vytváří zbytkové tlakové napětí na povrchu kolem otvoru, které může kompenzovat část střídavého tahového napětí, snížit pravděpodobnost iniciace trhliny a zvýšit únavovou pevnost spojovacího plechu o více než 40 %.
Jaké jsou rozdílné konstrukční body procesů tepelného zpracování mezi národními standardními a zahraničními standardními rybími deskami?
Diferencovaný design procesů tepelného zpracování mezi národními standardními a zahraničními standardními rybími deskami vyplývá z rozdílů v jejich materiálech a požadavcích na služby. Vnitrostátní standardní rybí desky používají hlavně ocel 45#, přizpůsobenou národním normám 60 kg/m a 75 kg/m kolejnic, zatímco zahraniční standardní rybí desky většinou používají evropskou standardní ocel C45E, přizpůsobenou kolejnicím UIC60 a UIC54.Diferenciace procesu kalení: Teplota kalení národních standardních 45# ocelových rybích plátů je 830-850 stupňů při použití vodního kalení a chlazení olejem; teplota kalení zahraničních standardních ocelových plechů C45E je 820-840 stupňů při použití chlazení vzduchem. Protože ocel C45E má lepší prokalitelnost, lze rovnoměrnou martenzitovou strukturu získat chlazením vzduchem, čímž se zabrání riziku praskání způsobeného vodním chlazením.Diferenciace procesu popouštění: Teplota temperování národních standardních rybích plátů je 550-580 stupňů a doba temperování je 120 minut s cílem získat strukturu temperovaného sorbitu; temperovací teplota zahraničních standardních rybích plátů je 520-550 stupňů a doba temperování je 150 minut s cílem získat temperovanou troostitovou strukturu, která má vyšší pevnost a je vhodná pro potřeby evropských linek těžkého tahu.Diferenciace zpevnění povrchu: Vnitrostátní standardní rybí desky přijímají proces zpevňování kompozitu válcování + nauhličování; zahraniční standardní rybí desky přijímají proces zpevňování brokem, který může vytvářet zbytkové tlakové napětí na celkovém povrchu rybí desky, vhodnější pro režim údržby evropských vlasců.
Jaké jsou zkušební položky a akceptační normy pro kvalitu tepelného zpracování rybích plátů?
Testovací položky pro kvalitu tepelného zpracování rybích plátů zahrnují čtyři základní položky:testování metalografické struktury, testování mechanických vlastností, testování povrchové tvrdosti a testování zbytkového napětí. Metalografické testování struktury používá metalografický mikroskop k pozorování mikrostruktury rybí destičky. Kvalifikovaná struktura národních standardních rybích plátů je temperovaný sorbit, třída velikosti zrna větší nebo rovna 8 a nejsou povoleny žádné síťové ferity nebo hrubá zrna; kvalifikovanou strukturou zahraničních standardních rybích plátů je temperovaný troostit, třída zrnitosti větší nebo rovna 7. Zkoušky mechanických vlastností zahrnují pevnost v tahu, mez kluzu, tažnost a rázovou houževnatost. Pro národní standardní rybí desky pevnost v tahu větší nebo rovna 650 MPa, mez kluzu větší nebo rovna 355 MPa, prodloužení větší nebo rovné 16 %, rázová houževnatost větší nebo rovna 30 J/cm²; pro zahraniční standardní rybí plechy pevnost v tahu větší nebo rovna 700 MPa, mez kluzu větší nebo rovna 400 MPa, tažnost větší nebo rovna 14 %, rázová houževnatost větší nebo rovna 25 J/cm². Testování povrchové tvrdosti používá Rockwellův tvrdoměr ke zjištění tvrdosti kolem otvorů pro šrouby. Tvrdost povrchu národních standardních rybích plátů je HRC28-32 a zahraničních standardních rybích plátů je HRC30-35. Testování zbytkového napětí používá rentgenový přístroj na měření napětí ke zjištění zbytkového napětí kolem otvorů pro šrouby. Hodnota zbytkového napětí v tlaku by měla být větší nebo rovna 100 MPa a není povoleno žádné zbytkové napětí v tahu. Standardem přijetí je, že všechny čtyři zkušební položky jsou kvalifikované. Vzorkovací poměr každé šarže rybích plátů není menší než 5 %. Pokud existují nekvalifikované položky, je vyžadován dvojitý odběr vzorků. Pokud jsou stále nekvalifikovaní, celá dávka bude sešrotována.