Tehnologija gradientne krepitve materiala Fishplate in rešitev za izboljšanje učinkovitosti zaradi utrujenosti sklepov
Katere so glavne oblike in vzroki za utrujenost sklepov ribjih plošč?
Glavne oblike poškodb zaradi utrujenosti sklepov ribjih plošč vključujejo tri vrste: razpoke okoli lukenj za vijake, obrabo kontaktne površine in zlom telesa. Razpoke okoli lukenj za vijake so najpogostejša oblika poškodbe. Vzrok je v tem, da je faktor koncentracije napetosti pri luknjah za vijake kar 3,0 in pod delovanjem izmeničnih obremenitev koles-tirnic se bodo najprej pojavile razpoke zaradi utrujenosti okoli lukenj. Vzrok za obrabo kontaktne površine je, da premik tirnice na spoju povzroči relativno drsenje med ribjo ploščo in tirnico. Drsno trenje bo povzročilo luščenje kovine na kontaktni površini. Ko globina obrabe preseže 0,5 mm, bo to vplivalo na stopnjo prileganja spoja. Vzrok za zlom telesa je nezadostna odpornost proti utrujanju materiala ribje plošče. Ko se razpoka razširi na kritično dolžino, se bo ribja plošča nenadoma zlomila. Tovrstne poškodbe se večinoma pojavijo na spojnih delih težkih{11}}vlečnih vrvi. Poškodba spojev ribjih plošč zaradi utrujenosti je prav tako tesno povezana s postopkom namestitve. Nezadosten navor vijakov bo povzročil povečane reže med spoji in povečano koncentracijo napetosti; prevelik navor bo povzročil plastično deformacijo ribje plošče in zmanjšal njeno odpornost proti utrujenosti. Poleg tega so okoljski dejavniki tudi pomembna spodbuda za škodo. Korozija v obalnih vrvicah bo pospešila širjenje razpok, nizka temperatura v alpskih vrvicah pa bo zmanjšala žilavost ribjih plošč in povečala tveganje za zlom.
Kakšno je temeljno tehnično načelo gradientne krepitve materiala ribje plošče?
Osnovno tehnično načelo gradientne krepitve materiala ribje plošče je doseči usklajeno izboljšanje žilavosti matrice in trdnosti površine. S sestavljenim postopkom "obdelave matričnega kaljenja in popuščanja + obdelave površinskega utrjevanja" na ribji plošči, ribja plošča tvori gradientno porazdelitev zmogljivosti. Obdelava matričnega kaljenja in popuščanja vključuje postopek "kaljenja + popuščanje pri visoki-temperaturi". Ribja plošča je segreta na 860-880 stopinj za kaljenje in nato kaljena na 580-600 stopinj za visoko temperaturo, tako da matrika pridobi strukturo kaljenega sorbita, ki ima odlično žilavost in odpornost na udarce. Energija udarca indeksa žilavosti je večja ali enaka 50J (-20 stopinj). Obdelava površinskega utrjevanja vključuje postopek indukcijskega utrjevanja, ki lokalno segreje dele koncentracije napetosti, kot sta kontaktna površina in obrobje luknje za vijake ribje plošče. Temperatura ogrevanja je nadzorovana pri 900-920 stopinjah in nato hitro ohlajena, tako da površina tvori strukturo kaljenega martenzita z debelino 2-3 mm, trdota površine lahko doseže HRC55-60, kar močno izboljša odpornost proti obrabi in odpornost proti utrujenosti površine. Ključ gradientne krepitve je nadzor delovanja prehodne plasti. Debelina prehodnega sloja je nadzorovana na 1-2 mm, da se doseže gladek prehod med matriko in površino, s čimer se prepreči nova koncentracija napetosti, ki jo povzročijo nenadne spremembe delovanja. Z gradientno ojačitveno obdelavo lahko ribja plošča hkrati izpolni dvojne zahteve glede zmogljivosti "odpornosti na udarce matrice in odpornosti proti obrabi površine", s čimer se prilagodi kompleksnemu stresnemu okolju spoja.
Kakšni so procesni ukrepi za krepitev odpornosti proti obrabi kontaktnih površin ribjih plošč?
Procesni ukrepi za krepitev odpornosti proti obrabi kontaktnih površin ribjih plošč vključujejo predvsem tri vrste: indukcijsko kaljenje, varjenje s plazemskim razprševanjem in površinsko nitriranje. Indukcijsko kaljenje je najpogosteje uporabljen postopek. Ogreva kontaktno površino z elektromagnetno indukcijo, poveča površinsko trdoto nad HRC55, odpornost proti obrabi pa je več kot 3-krat večja kot pri neobdelanih ribjih ploščah, ki se lahko učinkovito upirajo drsni obrabi kontaktne površine. Postopek varjenja s plazemskim razprševanjem razprši prah zlitine na osnovi železa-na kontaktno površino, debelina sloja razpršilnega varjenja je nadzorovana na 3-4 mm, trdota lahko doseže HRC60-65, odpornost proti obrabi pa je 2-krat višja kot pri postopku indukcijskega utrjevanja, ki je primeren za ojačitev ribiških plošč v vrvi za težke vleke. Postopek površinskega nitriranja uporablja metodo plinskega nitriranja. Pri temperaturi 520-540 stopinj se atomi dušika infiltrirajo na površino ribje plošče, da tvorijo nitrirano plast z debelino 0,3-0,5 mm, površinska trdota lahko doseže HV900-1000. Nitriran sloj ima odlično odpornost proti obrabi in korozijo, kar je primerno za ribje plošče v obalnih korozivnih okoljih. Ne glede na uporabljeni postopek je treba kontaktno površino predhodno obdelati. Površinska oksidna lestvica in napake se odstranijo z brušenjem, površinska hrapavost pa se nadzoruje pod Ra1,6 μm, da se zagotovi učinek procesa utrjevanja. Po ojačevalni obdelavi je treba natančnost kontaktne površine preizkusiti, da zagotovimo, da ravnost in dimenzijska natančnost kontaktne površine izpolnjujeta konstrukcijske zahteve in da ne vplivata na stopnjo prileganja spoja.
Kakšna je konstrukcijska in procesna shema za utrjevanje odpornosti proti utrujenosti lukenj za vijake ribjih plošč?
Načrtovanje in shema postopka za ojačitev proti utrujenosti lukenj za vijake ribjih plošč sprejme kombinirano strategijo "optimizacije oblike luknje + ojačitve oboda luknje". Optimizacija oblike luknje spremeni tradicionalno krožno luknjo v eliptično luknjo, smer dolge osi elipse pa je skladna s smerjo napetosti, kar lahko zmanjša faktor koncentracije napetosti okoli luknje s 3,0 na manj kot 1,5, kar močno zmanjša verjetnost nastanka razpok. Za standardne ribje plošče, katerih oblike lukenj ni mogoče spremeniti, je sprejet postopek utrjevanja oboda lukenj z valjanjem. Notranja stena luknje za vijak je hladno{6}}valjana z orodjem za valjanje, da se okoli luknje oblikuje plast preostale tlačne napetosti debeline 0,2–0,3 mm. Vrednost preostale tlačne napetosti lahko doseže -300MPa do -400MPa, kar lahko učinkovito izravna učinek izmenične natezne napetosti in upočasni širjenje razpok okoli luknje. Ojačitev periferije luknje lahko uporabi tudi postopek laserskega kaljenja za lokalno kaljenje periferije luknje za vijake, da se oblikuje utrjen obroč s širino 5-8 mm. Trdota utrjenega obroča lahko doseže nad HRC55, kar izboljša odpornost proti obrabi in odpornost na utrujenost obrobja luknje. Shema zasnove mora upoštevati tudi natančnost prileganja med luknjo za vijak in sornikom, sprejeti prehodno prileganje, prileganje pa je nadzorovano na 0,05–0,1 mm, da se prepreči koncentracija napetosti, ki jo povzroči prevelika vrzel. Po izvedbi procesne sheme so potrebni preskusi utrujenosti, da se preveri odpornost proti utrujenosti lukenj za vijake, da se zagotovi, da okoli lukenj ni razpok pod 1 milijonom izmeničnih obremenitev.
Kateri so ključni kazalniki in standardi vrednotenja za zaznavanje učinkovitosti utrujenosti spojev ribjih plošč?
Glavni indikatorji za zaznavanje učinkovitosti utrujenosti spojev ribjih plošč vključujejo tri kategorije: življenjska doba utrujenosti, napetost okoli lukenj za vijake in obraba kontaktne površine. Zaznavanje življenjske dobe zaradi utrujenosti uporablja napravo za preskušanje utrujenosti sklepov za simulacijo udarnih obremenitev koles{1}}tirnic. Spoji ribjih plošč za-železniške proge za visoke hitrosti morajo prestati 5 milijonov obremenitvenih ciklov brez poškodb, tisti za težke-vlečne proge morajo prestati 3 milijone obremenitvenih ciklov brez poškodb, tisti za običajne-hitrostne proge pa 2 milijona obremenitvenih ciklov brez poškodb. Zaznavanje napetosti okoli lukenj za vijake sprejme preskusno metodo merilnika napetosti. Okrog lukenj so prilepljeni merilniki napetosti za merjenje vrednosti napetosti pri izmeničnih obremenitvah. Vrednost napetosti mora biti nižja od meje utrujenosti materiala ribje plošče, faktor koncentracije napetosti pa je manjši ali enak 1,5. Zaznavanje obrabe kontaktne površine meri profiler. Po simulaciji obremenitvenih ciklov je globina obrabe kontaktne površine manjša ali enaka 0,2 mm kvalificirana za zagotovitev, da stopnja prileganja spoja ni prizadeta. Standard ocenjevanja je, da vsi indikatorji zaznavanja izpolnjujejo standarde, življenjska doba spoja ribjih plošč glede na utrujenost ustreza konstrukcijskim zahtevam, stopnja kvalifikacije iste serije ribjih plošč pa je večja ali enaka 98 %. Poleg tega je treba zaznati tudi indikatorje, kot sta dimenzijska natančnost in porazdelitev trdote ribje plošče, da se zagotovi učinek gradientnega procesa krepitve. Nekvalificirane izdelke je treba predelati ali zavreči, da se zagotovi varnost inženirskih aplikacij.