Nadzorovanje globine utrjene plasti in izboljšanje odpornosti proti obrabi nacionalnih standardnih glav tirnic
Kakšen je idealni razpon globine kaljenega sloja na glavi tirnice nacionalnih standardnih tirnic?
Idealno območje globine kaljenega sloja na glavi tirnice nacionalnih standardnih tirnic je15-25 mm, ta razpon globine pa lahko uravnoteži odpornost proti obrabi in žilavost tirnice. Ko je globina kaljenega sloja manjša od 15 mm, je utrjeno plast enostavno hitro obrabiti pod ponavljajočim se trenjem kolesa in tirnice, pri čemer je struktura matrike izpostavljena z dobro žilavostjo, a nizko trdoto, kar povzroči znatno pospešitev stopnje obrabe in skrajšanje življenjske dobe tirnice za več kot 30 %. Ko je globina kaljenega sloja večja od 25 mm, se krhkost tirnice poveča in glava tirnice lahko poči pod nizkotemperaturnim okoljem ali močnim-udarcem pri vleki, kar povzroči prometne nesreče. Pri tirnicah s težo 60 kg/m, ki se uporabljajo v težkih-železnicah, je mogoče globino kaljenega sloja nadzorovati na 20-25 mm, da se poveča odpornost proti obrabi; za tirnice 50 kg/m, ki se uporabljajo v železnicah z navadno hitrostjo, lahko globina kaljenega sloja, nadzorovana na 15-20 mm, ustreza zahtevam uporabe. Za zaznavanje globine kaljenega sloja je treba uporabiti ultrazvočni detektor napak z natančnostjo zaznavanja ±1 mm.
Katere so ključne procesne točke za nadzor globine kaljenega sloja na glavi tirnice nacionalnih standardnih tirnic?
Ključne procesne točke za nadzor globine kaljenega sloja na glavi tirnice nacionalnih standardnih tirnic so osredotočene na tri ključne parametre:temperatura ogrevanja, hitrost hlajenja in čas zadrževanja, ki jih je treba natančno regulirati, da dosežemo ciljno globino. Ogrevalna povezava uporablja srednjefrekvenčno indukcijsko ogrevanje, temperatura ogrevanja pa je nadzorovana na 880-920 stopinj. To temperaturno območje lahko popolnoma avstenizira strukturo glave tirnice in jo pripravi za naknadno kaljenje. Previsoka temperatura bo povzročila groba zrna in zmanjšala žilavost tirnice, medtem ko prenizka temperatura ne more oblikovati enotne avstenitne strukture. Hladilna povezava uporablja visokotlačno hlajenje z vodno meglo, hitrost hlajenja pa je nadzorovana pri 50–80 stopinjah/s. Hitrost ohlajanja določa globino in trdoto kaljene plasti. Prehitra hitrost ohlajanja bo povečala notranjo napetost tirnice, prepočasna hitrost ohlajanja pa bo povzročila nezadostno globino kaljenega sloja. Čas zadrževanja je nadzorovan na 5-8 minut, da se zagotovi enakomerna temperatura v glavi tirnice in prepreči neenakomerna debelina kaljene plasti, ki jo povzroči temperaturni gradient. Regulacija procesnih parametrov mora sprejeti samodejni nadzorni sistem za spremljanje temperature in hitrosti hlajenja v realnem času, da se zagotovi doslednost globine kaljenega sloja.
Kakšen je vpliv mikrostrukture kaljenega sloja glave tirnice na odpornost proti obrabi tirnice?
Vpliv mikrostrukture kaljenega sloja glave tirnice na odpornost proti obrabi je ključnega pomena, idealna mikrostruktura pa jefini igličasti kaljeni martenzit + majhna količina zadržanega avstenita. Trdota finega igličastega kaljenega martenzita je tako visoka kot HRC58-62, ki ima odlično odpornost proti obrabi, lahko se upre abrazivni obrabi in adhezivni obrabi, ki jo povzroči stik kolesa-tirnice, njegova stopnja obrabe pa je 60 % nižja kot pri strukturi perlita. Vsebnost majhne količine zadržanega avstenita je nadzorovana pri 5 %-8 %, kar lahko izboljša žilavost kaljene plasti, razbremeni napetost, ki jo povzroča udar kolesa in tirnice, in prepreči razpoke v kaljeni plasti. Če je mikrostruktura kaljenega sloja grobi igličasti martenzit, je krhek in se zlahka odlušči pod udarno obremenitvijo, kar ima za posledico luknjičaste luknjice na površini glave tirnice; če se v kaljeni plasti pojavi struktura bainita, je njegova trdota nizka, odpornost proti obrabi se močno zmanjša in cikel brušenja tirnice se bo skrajšal na polovico prvotnega. Zato mora biti cilj regulacije procesa kaljenja doseči idealno mikrostrukturo, da se zagotovi, da odpornost proti obrabi tirnice ustreza standardu.
Kakšne so zahteve za globino kaljenega sloja glave tirnice pri različnih delovnih pogojih?
Zahteve za globino kaljenega sloja glave tirnice v različnih delovnih pogojih so bistveno različne, jedro pa mora ustrezati trem ključnim indikatorjem:osna obremenitev vlaka, delovna hitrost in letna skupna potovalna teža. Že-hitre železnice imajo visoke obratovalne hitrosti vlaka in visoko kontaktno obremenitev koles-tirnic ter imajo visoke zahteve glede odpornosti glave tirnice na kontaktno utrujenost. Globino kaljenega sloja je treba nadzorovati pri 20-25 mm, enakomernost mikrostrukture je strogo zahtevana, vsebnost ohranjenega avstenita pa je treba nadzorovati pri približno 5%. Težke{11}}železnice imajo veliko osno obremenitev vlaka in veliko letno skupno težo ter imajo izjemno visoke zahteve glede odpornosti proti obrabi glave tirnice. Globina kaljenega sloja mora biti nadzorovana na 22-25 mm, trdota pa mora segati nad HRC60, da prenese težke -udarce pri vleki in abrazivno obrabo. Železnice za navadne hitrosti imajo nizko delovno hitrost vlaka in osno obremenitev ter nizko letno skupno potno težo. Globina kaljenega sloja, nadzorovana na 15-20 mm, lahko ustreza zahtevam uporabe, trdota pa je nadzorovana na HRC58-60, kar uravnoteži odpornost proti obrabi in žilavost. Tranzitni vlaki v mestni železnici imajo pogoste štarte in ustavitve ter veliko časa trka kolesa v tirnico. Globino kaljenega sloja je treba nadzorovati na 18-22 mm, vsebnost ohranjenega avstenita pa je mogoče ustrezno povečati na 8 %, da se poveča žilavost in prepreči razpokanje glave tirnice.
Kakšne so metode odkrivanja in standardi presoje kakovosti za globino kaljenega sloja glave tirnice?
Metode zaznavanja globine kaljene plasti glave tirnice vključujejo predvsemultrazvočna metoda odkrivanja napak in metoda metalografskega mikroskopa, kombinacija obeh metod pa lahko doseže natančno odkrivanje in kakovostno presojo. Ultrazvočna metoda za odkrivanje napak je ne-destruktivna metoda testiranja, ki uporablja poseben detektor napak na tirnicah s frekvenco sonde 5MHz. Globina kaljene plasti se izračuna z odbojnim signalom ultrazvočnih valov na vmesniku med kaljeno plastjo in matrico, z natančnostjo zaznavanja ±1 mm, kar je primerno za serijsko zaznavanje na proizvodni liniji in-preverjanje na kraju samem. Metoda metalografskega mikroskopa je destruktivna metoda preskušanja. Potrebno je vzeti vzorce iz glave tirnice in po brušenju, poliranju in koroziji opazovati mikrostrukturo in globino kaljene plasti pod mikroskopom z 200-kratno povečavo, primerno za laboratorijsko natančno detekcijo in kakovostno arbitražo. Standard presoje kakovosti temelji na TB/T 2344-2012. Globina kaljenega sloja mora biti v območju 15-25 mm, trdota večja ali enaka HRC58, mikrostruktura je fin igličast kaljeni martenzit, vsebnost ohranjenega avstenita manjša ali enaka 8 % in ni grobe strukture martenzita in bainita. Razmerje vzorčenja je 3 tirnice na serijo in za vsako tirnico so zaznani 3 prečni prerezi. Če je en prečni prerez nekvalificiran, se izvede dvojno vzorčenje; če je še vedno nekvalificiran, se serija tirnic oceni kot nekvalificirana.