Materiali tlačne plošče, toplotna obdelava, utrujenost

Kaj nosi tlačna plošča

Pritisna plošča se nahaja med podnožjem tirnice in pragom ali osnovno ploščo, širi vpenjalno silo pritrdilnega sistema čez nogo tirnice in pomaga držati tirnico bočno. Vidi nihajoč spekter obremenitev: vsak prehod kolesa doda kompresijski impulz, ukrivljenost pa bočno upogibanje. Plošča, ki izgubi trdnost ali se pojavi razpoka, spremeni porazdelitev obremenitve celotnega pritrdilnega sklopa in tirnica se pod njo začne premikati. Odpornost proti utrujenosti, zmožnost preživetja milijonov ciklov obremenitve brez razpok, je torej primarna konstrukcijska lastnost materiala plošče in se ustvari v peči za toplotno obdelavo, ne v risalni pisarni. Dve uporabljeni družini jekel, srednje ogljikovo jeklo C45 in vzmetno jeklo 60Si2Mn, sta izbrani točno iz tega razloga: obe se dobro odzivata na toplotno obdelavo, procesna pot pa odloča o tem, ali bo plošča služila leta ali odpovedala v mesecih.

Dušenje in temperiranje v primerjavi z normalizacijo za C45

Kaljenje in popuščanje tvori kaljeni sorbit, strukturo, ki združuje visoko trdnost z žilavostjo, tako da je plošča odporna tako na izmenično stiskanje vlakovnih obremenitev kot na udarce ploščatih koles. Normalizirana struktura, perlit in ferit, ima nižjo žilavost, razpoke zaradi utrujenosti pa se začnejo zgodaj na točkah koncentracije napetosti, kot so robovi lukenj in vogali odsekov. Razlika v meji utrujenosti, 250 MPa proti 180 MPa, se neposredno prevede v življenjsko dobo: pod enakim spektrom obremenitev normalizirana plošča zdrži le približno 60 odstotkov. Za komponento, ki stoji na poti več let, se dodatni stroški poti za kaljenje večkrat povrnejo s stroški pregleda in zamenjave.

Površinsko utrjevanje plošč 60Si2Mn

Kjer mora biti plošča odporna tudi na obrabo od noge tirnice, je vzmetno jeklo razreda 60Si2Mn površinsko utrjeno z indukcijskim segrevanjem in hitrim ohlajanjem. Površina doseže HRC 45 do 50 z gosto martenzitno plastjo, ki poveča odpornost proti obrabi več kot dvakrat. Kar je še pomembneje za utrujenost, utrjena površinska plast nosi preostalo tlačno napetost, ki izniči del natezne upogibne napetosti zaradi obremenitev vlaka, s čimer se zviša meja utrujenosti za 25 do 30 odstotkov. Struktura je namenoma dvo-plastna: trda obrabno-ohišje na zunanji strani in trdno kaljeno jedro znotraj, zato se zasnova imenuje trda zunaj in trda znotraj. Zaradi te kombinacije so površinsko{12}}kaljene plošče 60Si2Mn prednostna izbira za težke{15}}vlečne vrvi, kjer obraba in utrujenost delujeta skupaj. Določiti je treba globino utrjevanja in trdoto jedra, ker se pretanko ohišje obrabi, pretrdo jedro pa izgubi žilavost.

Gašenje razpok in njihovo preprečevanje

Razpoke pri gašenju so klasična napaka pri toplotni obdelavi in ​​izvirajo iz treh vzrokov. Prvič, prehitro segrevanje povzroči veliko temperaturno razliko med površino in jedrom ter visoko toplotno obremenitev. Drugič, prehitro ohlajanje pri kaljenju omogoči, da transformacijska napetost avstenita v martenzit preseže lokalno trdnost jekla. Tretjič, ostri vogali in robovi lukenj brez posnetih robov delujejo kot koncentratorji napetosti, kjer se transformacijska napetost razbremeni. Preprečevalni ukrepi so standardni: segrevajte v korakih, tako da temperaturna razlika ostane majhna, gasite v stopnjevanem mediju, kot je nitratna kopel, da upočasnite ohlajanje, in posnemite vsak oster kot in rob luknje s polmerom 0,5 mm ali več pred utrjevanjem. Plošča z gasilno razpoko je odpadek, ker se razpoka pod obremenitvijo odpre in preraste v utrujenostno razpoko, zato so stroški preprečevanja veliko nižji od stroškov napake.

Sprejemanje trdote in nevarnost napačnih vrednosti

Trdota je vrata v trgovini-za kakovost toplotne obdelave. Kaljena in kaljena plošča C45 mora meriti HRC od 22 do 28, površinsko-kaljena plošča iz 60Si2Mn pa HRC od 45 do 50 na površini. Če je trdota previsoka, nad HRC 55, postane plošča krhka: udarna žilavost pade za več kot 40 odstotkov in plošča lahko pri udarni obremenitvi poči, pri čemer je tveganje največje pri nizkih zimskih temperaturah. Če je trdota prenizka, pod HRC 35, sta trdnost in odpornost proti obrabi nezadostni, plošča se pod bočno obremenitvijo tirnice plastično deformira, na stični ploskvi se oblikuje stopnica, tirnica pa začne polzeti vstran in širiti širino. Oba načina odpovedi skrajšata življenjsko dobo plošče in destabilizirata pritrdilni sistem, zato sprejemni test vključuje merjenje trdote na določenem številu delov na serijo.

Terenski pregled nameščenih plošč

Na mestu se stanje toplotne obdelave preverja brez laboratorijske opreme. Prenosni merilnik trdote po Rockwellu meri površinsko trdoto in potrdi pas, HRC 22 do 28 za kaljen in popuščen C45 in HRC 45 do 50 za površinsko-kaljen 60Si2Mn. Površina se pregleda glede razpok, razogljičenja in deformacij; katera koli od teh zavrne ploščo. Izkušeni inšpektorji uporabljajo tudi zvočni preizkus: kaljena in temperirana plošča zazveni z globokim tonom, površinsko{11}}kaljena plošča z ostrim tonom, hripav ton pa nakazuje notranjo razpoko. Ko obstaja sum na serijo, se vzamejo vzorci za preskus udarne žilavosti, da se potrdi toplotna obdelava, preden se plošče sprostijo na sled. Enaka preverjanja veljajo za vhodno blago, kupec pa mora v tehnični pogodbi določiti okno trdote, stopnjo vzorčenja in preskusno metodo.

Zakaj je kaljenje za tlačne plošče boljše od normalizacije?

Ker tvori kaljeni sorbit, ki združuje moč in žilavost. Meja utrujenosti se dvigne s približno 180 MPa na 250 MPa, življenjska doba pa se približno podvoji v primerjavi z normalizirano ploščo iz istega jekla.

Kakšno trdoto mora imeti tlačna plošča?

Kaljena in kaljena plošča C45 mora imeti HRC 22 do 28, površinsko-kaljena plošča iz 60Si2Mn pa HRC 45 do 50 na površini. Vrednosti nad HRC 55 tvegajo krhki lom, pod HRC 35 pa plastično deformacijo.

Kako se izogniti razpokam zaradi gašenja?

S stopenjskim segrevanjem, postopnim kaljenjem v nitratni kopeli in posnemanjem vsakega ostrega vogala in roba luknje s polmerom 0,5 mm ali več. Posnetki odstranijo točke koncentracije napetosti, kjer transformacijska napetost poči jeklo.

Kaj se zgodi, če je plošča pretrda?

Plošča postane krhka, udarna žilavost se zmanjša za več kot 40 odstotkov. Lahko se zlomi pod udarno obremenitvijo vlaka, tveganje pa je največje v hladnih zimskih razmerah, zato se trdota nad HRC 55 ob sprejemu zavrne.

Kako se kakovost toplotne obdelave preverja na mestu?

S prenosnim merilnikom trdote Rockwell glede na navedeno okno, vizualni pregled razpok in razogljičenja ter zvočni test s kladivom. Hripav ton nakazuje notranjo razpoko, sumljive serije pa gredo na testiranje udarne žilavosti.

C45 ali 60Si2Mn, kateri material za plošče za-težke prevoze?

60Si2Mn s površinskim utrjevanjem je izbira za težke-vleke: površina HRC 45 do 50 je odporna na obrabo noge tirnice, preostala tlačna napetost pa zviša mejo utrujenosti za 25 do 30 odstotkov, medtem ko trdno jedro preprečuje zlom.