Confronto della composizione del materiale e della resistenza all'usura tra le rotaie standard nazionali e quelle straniere
Perché la differenza nel contenuto di carbonio tra la rotaia GB 60 kg/m e la rotaia UIC60 influisce sulla durata-resistente all'usura?
Il contenuto di carbonio della rotaia GB 60 kg/m è di circa 0,70%-0,80%, mentre quello della rotaia UIC60 è 0,85%-0,95%. Un contenuto di carbonio più elevato comporta una maggiore durezza della matrice della rotaia e una migliore resistenza all'usura. La rotaia UIC ha un contenuto di carbonio più elevato, con una percentuale maggiore di martensite nella testa della rotaia, che può resistere efficacemente all'usura abrasiva causata dall'attrito ruota-rotaia. La rotaia GB ha un contenuto di carbonio inferiore e una durezza leggermente inferiore; sotto carico pesante e attrito ad alta frequenza, la testa della rotaia è soggetta a usura e scheggiatura. Inoltre, un maggiore contenuto di carbonio aumenterà la fragilità della rotaia. La ferrovia UIC deve bilanciare la tenacità attraverso il trattamento di tempra e rinvenimento, che è la ragione principale della sua maggiore durata. Pertanto, la differenza nel contenuto di carbonio è il fattore principale che influenza la resistenza all’usura dei due tipi di rotaie.
Le guide standard esterne spesso aggiungono elementi in lega di cromo e vanadio. Quali vantaggi hanno rispetto alle guide GB?
L'aggiunta di cromo e vanadio alle rotaie standard esterne può affinare significativamente la grana, migliorare la resistenza alla trazione e alla fatica. Il cromo può migliorare la temprabilità della rotaia, rendendo più uniforme la distribuzione della durezza della testa della rotaia ed evitando punti deboli locali; il vanadio può formare carburi, migliorando la resistenza all'usura e agli urti della rotaia. Le rotaie GB sono per lo più materiali basso-legati o non-legati, privi di tale rinforzo in lega. In condizioni di alta-velocità e-carico pesante, sono soggetti alla deformazione plastica della testa della rotaia. I binari standard esterni con l'aggiunta di leghe possono migliorare la durata di servizio del 20%-30% rispetto ai binari GB, rendendoli più adatti per la posa di linee di alta qualità.
Perché le linee nelle aree fredde e ad alta-altitudine devono scegliere rotaie standard esterne con basso contenuto di fosforo e zolfo invece delle rotaie GB?
Il limite superiore del contenuto di fosforo e zolfo nelle rotaie GB è dello 0,04%, mentre quello delle rotaie standard esterne resistenti al freddo-è controllato al di sotto dello 0,025%. Un basso contenuto di impurità può ridurre la temperatura di transizione della fragilità a freddo. Nelle zone fredde e ad alta-altitudine, la temperatura è bassa in inverno e la rotaia è soggetta a fratture fragili. Fosforo e zolfo, in quanto elementi nocivi, aumenteranno la fragilità della rotaia e accelereranno la propagazione delle crepe. Le guide standard esterne riducono le impurità attraverso la tecnologia di raffinazione, che può migliorare la resistenza alle basse-temperature e garantire una buona plasticità anche in ambienti inferiori a -40 gradi. Le rotaie GB hanno un elevato contenuto di impurità e un alto rischio di frattura fragile alle basse temperature, che le rendono inadatte alla posa in zone fredde e ad alta quota. Questa è un'importante incarnazione dell'adattabilità materiale.
In che modo la differenza nella temprabilità dei materiali delle rotaie influirà sul gradiente di durezza della testa della rotaia?
Le rotaie con buona temprabilità hanno un gradiente di durezza più dolce dalla superficie al nucleo della testa della rotaia e la distribuzione delle sollecitazioni è più uniforme sotto carico. La temprabilità delle guide standard esterne è migliore di quella delle guide GB. La durezza superficiale della testa della rotaia può raggiungere HB360-400 e la durezza del nucleo può comunque mantenersi al di sopra di HB300, il che può disperdere efficacemente lo stress da contatto della ruota-rotaia. Le rotaie GB hanno una scarsa temprabilità, con una durezza superficiale della testa della rotaia eccessivamente elevata e una bassa durezza del nucleo, formando una struttura "guscio duro e nucleo morbido". Sotto sforzo, è facile che si generino micro-fessure nell'interfaccia. Sotto carichi alternati a lungo termine, le microfessure si propagheranno rapidamente, causando la scheggiatura della testa della rotaia e compromettendo la sicurezza di guida.
Come distinguere rapidamente la resistenza all'usura delle guide GB e delle guide standard esterne attraverso i test sui materiali?
Lo spettrometro può essere utilizzato per rilevare il contenuto di carbonio, manganese e cromo dei materiali ferroviari. Le rotaie con un contenuto di carbonio maggiore o uguale allo 0,85% e un contenuto di manganese pari all'1,0%-1,5% hanno una migliore resistenza all'usura. Successivamente, viene utilizzato un durometro Brinell per rilevare la durezza superficiale della testa della rotaia. Le rotaie con durezza maggiore o uguale a HB360 soddisfano i requisiti di resistenza all'usura. Allo stesso tempo, è possibile eseguire una prova d'urto con peso di caduta per rilevare la resistenza all'urto a bassa temperatura. La resistenza agli urti delle rotaie standard esterne è solitamente superiore del 15%-20% rispetto a quella delle rotaie GB. Combinando questi tre risultati dei test, è possibile valutare rapidamente la resistenza all'usura e alla fatica della rotaia, fornendo una base per la selezione della linea.