Optimizacija procesa toplotne obdelave ribjih plošč in shema za izboljšanje trdnosti proti utrujenosti tirnega spoja
Kateri so mehanizem odpovedi zaradi utrujenosti in glavni dejavniki vpliva na sklep ribje plošče?
Mehanizem odpovedi zaradi utrujenosti sklepa ribje plošče jenastanek in širjenje razpok pod izmenično napetostjo. Med obratovanjem vlaka pride do določene mutacije togosti na spoju tirnice. Obremenitev tirnice-kolesa se prenaša na ribiško ploščo skozi tirnico, kar povzroči, da ribiška plošča prenaša ponavljajoče se natezne in tlačne izmenične napetosti okoli lukenj za vijake in na koncih. Mikrorazpoke se najprej začnejo na območjih koncentracije napetosti, mikrorazpoke pa se še naprej širijo pod izmenično napetostjo. Ko dolžina razpoke doseže kritično vrednost, se ribja plošča zlomi. Glavni dejavniki vplivanja vključujejo tri vidike: prvič,dejavniki učinkovitosti materiala. Če jeklo 45#, ki se običajno uporablja za ribje plošče, ni izpostavljeno primerni toplotni obdelavi, njegova natezna trdnost in žilavost nista zadostni, na območjih koncentracije napetosti pa se lahko pojavijo razpoke; drugič,strukturni dejavniki. Obrobje lukenj za vijake in konci ribje plošče so območja koncentracije napetosti. Če obrobje lukenj ni posneto, se faktor koncentracije napetosti močno poveča, kar pospeši nastanek razpok; tretjič,procesni dejavniki. Nerazumni parametri postopka toplotne obdelave, kot sta prenizka temperatura kaljenja in nezadosten čas kaljenja, bodo privedli do neenakomerne metalografske strukture ribje plošče, preostale napetosti in zmanjšane odpornosti proti utrujenosti. Poleg tega bo stanje vzdrževanja proge vplivalo tudi na okvaro zaradi utrujenosti. Prevelika višinska razlika na spoju tirnic bo povečala dodatno obremenitev ribiške plošče in skrajšala življenjsko dobo.
Kateri so ključni procesni parametri in metode optimizacije kaljenja in popuščanja toplotne obdelave ribjih plošč?
Osnovni postopek kaljenja in popuščanja toplotne obdelave ribjih plošč jekaljenje + visoko{1}}temperaturno kaljenje. Osnovni parametri procesa vključujejo pet vidikov: temperaturo kaljenja, čas zadrževanja, hitrost ohlajanja, temperaturo kaljenja in čas kaljenja. Za jeklene ribje plošče 45# je optimizirano območje temperature kaljenja 830-850 stopinj. Prenizka temperatura bo povzročila nezadostno avstenitizacijo, v metalografski strukturi pa bo neraztopljen ferit, kar bo zmanjšalo trdnost ribje plošče; previsoka temperatura bo povzročila groba zrna in zmanjšano žilavost. Čas zadrževanja se prilagodi glede na debelino ribje plošče. Za ribje plošče z debelino 20 mm je čas zadrževanja optimiziran na 60-90 minut, da se zagotovi popolna avstenitizacija znotraj materiala. Hitrost hlajenja sprejme metodokaljenje z vodo in hlajenje z oljem. Kašeno ribjo ploščo najprej ohladimo na 300 stopinj v vodi, nato pa jo prenesemo v olje za hlajenje. Ta metoda lahko zmanjša napetost pri kaljenju in prepreči pokanje ribje plošče. Temperatura kaljenja je optimizirana na 550-580 stopinj, čas kaljenja pa je optimiziran na 120-150 minut. Visokotemperaturno kaljenje lahko spremeni metalografsko strukturo v kaljen sorbit, ki ima visoko trdnost in visoko žilavost ter lahko bistveno izboljša odpornost proti utrujenosti. Optimizacijska metoda uporablja ortogonalno preskusno metodo z natezno trdnostjo in udarno žilavostjo kot indikatorjema ocenjevanja ter optimizira kombinacijo petih procesnih parametrov, da končno določi optimalno kombinacijo parametrov, tako da je natezna trdnost ribje plošče večja ali enaka 650MPa in udarna žilavost večja ali enaka 30J/cm².
Kakšen je postopek obdelave za utrjevanje površine in funkcija periferije luknje za vijake ribje plošče?
Površinska ojačitvena obdelava oboda luknje za vijak ribje plošče sprejme sestavljeni postopekojačitev z valjanjem + naogljičenje. Ojačitev z valjanjem je prvi postopek. S posebnim valjčnim orodjem se izvaja pritisk na površino okoli luknje za vijak, kar povzroči plastično deformacijo na površini okoli luknje, pri čemer se tvori -otrjena plast z debelino 0,2-0,3 mm. Trdota delovno{19}}kaljenega sloja lahko doseže HV350 ali več, kar je 30 % višje od trdote matrice. Ojačitev z valjanjem lahko tudi zmanjša hrapavost površine okoli luknje pod Ra0,8 in zmanjša vire koncentracije napetosti. Obdelava z naogljičenjem je drugi postopek. Zvita ribja plošča se postavi v peč za naogljičenje in se drži pri temperaturi 920-940 stopinj 4-6 ur, da atomi ogljika prodrejo v površino okoli luknje. Debelina karburiziranega sloja je nadzorovana na 0,8-1,0 mm, vsebnost ogljika v karburiziranem sloju pa je 0,8%-1,0%. Po naogljičenju je potrebno 60 minutno kaljenje pri nizki temperaturi 180-200 stopinj, da se odpravi preostala napetost, ki nastane med postopkom naogljičenja. Postopek ojačitve kompozita ima dve glavni funkciji: prvič, izboljša trdoto in odpornost proti obrabi površine okoli luknje, preprečuje trenje in obrabo med sornikom in obrobjem luknje; drugič, tvori preostalo tlačno napetost na površini okoli luknje, ki lahko izravna del izmenične natezne napetosti, zmanjša verjetnost nastanka razpok in poveča odpornost proti utrujenosti ribje plošče za več kot 40 %.
Kakšne so diferencirane konstrukcijske točke postopkov toplotne obdelave med nacionalnimi standardnimi in tujimi standardnimi ribjimi ploščami?
Različna zasnova postopkov toplotne obdelave med nacionalnimi standardnimi in tujimi standardnimi ribjimi ploščami izhaja iz razlik v njihovih materialih in zahtevah glede storitev. Državne standardne ribiške plošče večinoma uporabljajo jeklo 45 #, prilagojeno nacionalnim standardnim tirnicam 60 kg/m in 75 kg/m, medtem ko tuje standardne ribiške plošče večinoma uporabljajo evropsko standardno jeklo C45E, prilagojeno tirnicam UIC60 in UIC54.Diferenciacija procesa kaljenja: Temperatura kaljenja jeklenih ribjih plošč nacionalnega standarda 45 # je 830-850 stopinj, z uporabo kaljenja z vodo in hlajenja z oljem; temperatura kaljenja tujih standardnih jeklenih plošč C45E je 820-840 stopinj z uporabo zračnega hlajenja. Ker ima jeklo C45E boljšo kaljivost, je mogoče z zračnim hlajenjem doseči enakomerno martenzitno strukturo, s čimer se izognemo nevarnosti razpok, ki jih povzroči vodno hlajenje.Razlikovanje procesa kaljenja: Temperatura kaljenja nacionalnih standardnih ribjih plošč je 550-580 stopinj, čas kaljenja pa 120 minut, s ciljem pridobiti strukturo kaljenega sorbita; temperatura kaljenja tujih standardnih ribjih plošč je 520-550 stopinj, čas kaljenja pa 150 minut, s ciljem pridobiti strukturo kaljenega troostita, ki ima večjo trdnost in je primerna za potrebe evropskih prog za težke vleke.Diferenciacija površinske ojačitve: Nacionalni standard ribjih plošč sprejme kompozitni postopek krepitve valjanja + naogljičenja; tuje standardne ribje plošče sprejmejo postopek krepitve s shot peening, ki lahko povzroči preostalo tlačno napetost na celotni površini ribje plošče, bolj primerno za način vzdrževanja evropskih linij.
Kakšni so predmeti testiranja in sprejemljivi standardi za kakovost toplotne obdelave ribjih plošč?
Postavke preskušanja kakovosti toplotne obdelave ribjih plošč vključujejo štiri ključne postavke:metalografsko preskušanje strukture, preskušanje mehanskih lastnosti, preskušanje trdote površine in preskušanje preostale napetosti. Metalografsko testiranje strukture uporablja metalografski mikroskop za opazovanje mikrostrukture ribje plošče. Kvalificirana struktura nacionalnih standardnih ribjih plošč je kaljeni sorbit, razred velikosti zrn večji ali enak 8, in ni dovoljen noben mrežni ferit ali groba zrna; kvalificirana struktura tujih standardnih ribjih plošč je kaljen troostit, razred velikosti zrn večji ali enak 7. Preskušanje mehanskih lastnosti vključuje natezno trdnost, mejo tečenja, raztezek in udarno žilavost. Za nacionalne standardne ribje plošče, natezna trdnost večja ali enaka 650MPa, meja tečenja večja ali enaka 355MPa, raztezek večji ali enak 16%, udarna žilavost večja ali enaka 30J/cm²; za tuje standardne ribje plošče, natezna trdnost večja ali enaka 700 MPa, meja tečenja večja ali enaka 400 MPa, raztezek večji ali enak 14 %, udarna žilavost večja ali enaka 25 J/cm². Preizkušanje trdote površine uporablja merilnik trdote Rockwell za ugotavljanje trdote okoli lukenj za vijake. Površinska trdota nacionalnih standardnih ribjih plošč je HRC28-32, tujih standardnih ribjih plošč pa HRC30-35. Test preostale napetosti uporablja rentgenski instrument za merjenje napetosti za zaznavanje preostale napetosti okoli lukenj za vijake. Vrednost preostale tlačne napetosti mora biti večja ali enaka 100 MPa, preostala natezna napetost pa ni dovoljena. Standard sprejemljivosti je, da so vsi štirje predmeti testiranja kvalificirani. Razmerje vzorčenja vsake serije ribjih plošč ni manjše od 5 %. Če obstajajo nekvalificirani elementi, je potrebno dvojno vzorčenje. Če so še vedno nekvalificirani, bo celotna serija zavržena.