Tecnologia di rinforzo della superficie delle rotaie e schemi di controllo dell'usura delle ruote-delle rotaie
Quali sono i parametri principali e gli effetti di rafforzamento del processo di tempra a induzione a media-frequenza per le teste delle rotaie?
L'indurimento a induzione a media-frequenza delle teste delle rotaie è un processo tradizionale di rafforzamento della superficie, che comprende parametri fondamentalifrequenza di induzione, temperatura di riscaldamento, tempo di mantenimento e velocità di raffreddamento. La frequenza di induzione deve essere controllata a 2-5kHz. In questo intervallo di frequenza, la corrente indotta è concentrata nella profondità di 0-10 mm della superficie della testata della rotaia, consentendo il rafforzamento della superficie locale senza compromettere la tenacità della matrice della rotaia. La temperatura di riscaldamento è ottimizzata a 850-900 gradi, alla quale la struttura della perlite sulla superficie della testa della rotaia può essere completamente austenitizzata. Una temperatura eccessivamente elevata porterà a grani grossolani, mentre una temperatura eccessivamente bassa comporterà un'austenitizzazione insufficiente. Il tempo di attesa viene regolato in base al modello di rotaia, con un tempo di attesa di 30-40 secondi per rotaie da 60 kg/m per garantire un'austenitizzazione uniforme. La velocità di raffreddamento adotta il raffreddamento a spruzzo, controllato a 15-20 gradi/s. Il raffreddamento rapido può trasformare l'austenite in una struttura fine di martensite, migliorando la durezza superficiale. L'effetto rinforzante è notevole: la durezza superficiale della testa della rotaia può essere aumentata dall'originale HB220-280 a HRC58-62, la resistenza all'usura è migliorata di 3-5 volte, il tasso di usura ruota-rotaia è ridotto di oltre il 60% e anche la resistenza alla fatica da contatto della testa della rotaia è notevolmente migliorata, il che può ridurre l'insorgenza di malattie come desquamazione e scheggiatura.
Quali sono la tecnologia di rinforzo del rivestimento laser e i punti di selezione dei materiali per le rotaie nelle linee-per il trasporto pesante?
Le rotaie nelle linee di trasporto pesante-hanno un tasso di usura rapido. La tecnologia di rinforzo del rivestimento laser può formare un rivestimento resistente all'usura-ad alte prestazioni-sulla superficie della testata della rotaia, che rappresenta una soluzione efficace all'usura-da trasporto pesante. Il processo principale del rivestimento laser consiste nell'utilizzare un raggio laser ad alta-energia per fondere il materiale del rivestimento e uno strato sottile della superficie della rotaia per formare un rivestimento rinforzato legato metallurgicamente. Lo spessore dello strato di rivestimento è controllato a 0,5-1,5 mm; uno spessore eccessivo è soggetto a screpolature del rivestimento, mentre uno spessore insufficiente comporta una scarsa resistenza all'usura. I punti chiave della selezione del materiale sono: in primo luogo,polveri di leghe a base di ferro-come le leghe Fe-Cr-B-Si dovrebbero essere preferite. La loro composizione è vicina alla matrice della rotaia, con buone prestazioni di legame metallurgico, non facile da staccare e durezza fino a HRC60 o più, con eccellente resistenza all'usura. In secondo luogo, regolare la composizione in base all'ambiente corrosivo della linea: aggiungere elementi resistenti alla corrosione-come rame e nichel per le linee costiere di trasporto pesante-e aggiungere molibdeno per migliorare la resistenza alla corrosione per le aree saline-alcaline. Allo stesso tempo, controlla la dimensione delle particelle di polvere a 50-150μm. La dimensione uniforme delle particelle può garantire la planarità dello strato di rivestimento ed evitare difetti come porosità e inclusione di scorie. La durata delle rotaie rinforzate dal rivestimento laser è più di 2 volte superiore a quella delle rotaie temprate a media-frequenza, adatte per linee principali di trasporto merci pesanti con carichi per asse superiori a 30 t.
Quali sono i metodi di prova di qualità e i criteri di accettazione per gli strati di rinforzo della superficie ferroviaria?
I test di qualità degli strati di rinforzo della superficie ferroviaria dovrebbero essere eseguiti da quattro dimensioni:durezza, forza di legame, microstruttura e morfologia superficiale. Le prove di durezza utilizzano un durometro Rockwell per campionare e testare diverse profondità dello strato di rinforzo. La durezza superficiale deve soddisfare i requisiti di progettazione, ad esempio, la durezza superficiale dello strato di tempra a media-frequenza maggiore o uguale a HRC58, la durezza superficiale dello strato di rivestimento maggiore o uguale a HRC60 e la variazione del gradiente di durezza è uniforme, senza cambiamenti improvvisi nella transizione della durezza dalla superficie alla matrice. Il test della resistenza al legame adotta il metodo di prova di trazione: vengono realizzati provini di trazione standard e la resistenza alla trazione deve essere maggiore o uguale a 500 MPa; oppure viene utilizzato il metodo del test di graffio e il rivestimento è qualificato se non si verifica distacco quando il carico di graffio raggiunge più di 80 N. I test sulla microstruttura utilizzano un microscopio metallografico: la struttura qualificata dello strato di tempra a media-frequenza è martensite fine + una piccola quantità di austenite trattenuta e non sono ammessi martensite grossolana o carburi reticolari; la struttura qualificata dello strato di rivestimento laser è una struttura in lega densa con legame metallurgico, priva di difetti come porosità e inclusioni di scorie. I test sulla morfologia superficiale utilizzano un tester di rugosità e la rugosità superficiale Ra dello strato di rinforzo deve essere inferiore o uguale a 1,6μm. Allo stesso tempo, è necessario il rilevamento dei difetti a ultrasuoni per rilevare i difetti interni, con un'area del difetto inferiore o uguale a 0,5 mm², come qualificato. I criteri di accettazione devono soddisfare tutti gli indicatori di cui sopra. 5 rotaie vengono campionate per chilometro di linea. Se 1 non è qualificato, è richiesto il doppio campionamento; se ancora non qualificato, è necessaria una rilavorazione.
Quali sono i requisiti speciali e le tecnologie adattive per il rafforzamento della superficie ferroviaria nelle linee ferroviarie ad alta-velocità?
Le linee ferroviarie ad alta-velocità hanno duplici requisiti elevati in termini di scorrevolezza delle rotaie e resistenza all'usura. Le tecnologie di rafforzamento della superficie devono bilanciarsibasso tasso di usura ed elevata scorrevolezzaper evitare che lo strato di rinforzo influisca sulla corrispondenza dei contatti della ruota-rotaia. I requisiti speciali sono: in primo luogo, la planarità della superficie dello strato di rinforzo. La rugosità superficiale Ra delle rotaie ferroviarie ad alta-velocità deve essere inferiore o uguale a 0,8μm. Il profilo del binario originale non deve essere danneggiato dopo il trattamento di rinforzo, altrimenti le vibrazioni e il rumore della ruota-aumenteranno. In secondo luogo, la tenacità dello strato di rinforzo. Le vibrazioni ad alta-frequenza dei treni ad alta-velocità tendono a causare la rottura degli strati di rinforzo fragili, quindi l'indice di tenacità dello strato di rinforzo deve soddisfare lo standard, con un valore di resilienza all'impatto maggiore o uguale a 15J/cm². In termini di tecnologie adattive, le linee ferroviarie ad alta-velocità preferiscono il processo combinato ditempra a induzione a media-frequenza + lucidatura. L'indurimento a induzione a media-frequenza consente di rafforzare la superficie e la successiva lucidatura di precisione può ridurre la ruvidità della superficie a Ra0,4-0,8μm, soddisfacendo i requisiti di levigatezza. Per sezioni soggette a forte usura come gli snodi ferroviari ad alta velocità,rivestimento laser + rettifica di precisioneè possibile utilizzare la tecnologia. Lo spessore dello strato di rivestimento è controllato a 0,5-0,8 mm e la rettifica di precisione garantisce l'accuratezza del profilo della rotaia. Allo stesso tempo, la durezza dello strato di rinforzo dovrebbe essere controllata a HRC55-58 per evitare una durezza eccessiva che accelera l'usura delle ruote, ottenendo l'adattamento all'usura delle ruote-rotaie. Queste tecnologie adattive possono garantire il regolare funzionamento a lungo termine delle linee ferroviarie ad alta velocità a una velocità di 350 km/h.
Quali sono le analisi costi-benefici e i suggerimenti promozionali per il rafforzamento della superficie ferroviaria?
L’investimento iniziale per il rafforzamento della superficie ferroviaria è superiore a quello delle ferrovie ordinarie, ma presenta notevoli vantaggi in termini di costi dell’intero ciclo di vita. In termini di costo, il costo per-chilometro dell'indurimento a induzione a media-frequenza è superiore del 20%-30% rispetto a quello delle ferrovie ordinarie, mentre il costo per-chilometro del rivestimento laser è superiore del 50%-80%. Tuttavia, la durata delle rotaie rinforzate è notevolmente estesa: la durata delle rotaie temprate a media-frequenza è 3-5 volte quella delle rotaie ordinarie e la durata delle rotaie rivestite con laser-è 8-10 volte quella delle rotaie ordinarie, il che può ridurre significativamente la frequenza di sostituzione delle rotaie e i costi di manutenzione. In termini di vantaggi, le rotaie rinforzate possono ridurre le malattie della linea causate dall’usura delle ruote, ridurre i tempi di fermo dei treni dovuti alla manutenzione delle ferrovie e migliorare l’efficienza del trasporto sulla linea. Per le linee urbane ad alta velocità e per il trasporto pesante, i benefici economici indiretti superano di gran lunga l’investimento iniziale. La promozione e i suggerimenti applicativi dovrebbero seguire il principio di "specifico per riga-e per sezione-specifico". La tecnologia di rinforzo del rivestimento laser dovrebbe avere la priorità per le linee principali-per il trasporto di merci pesanti, la tecnologia-di raffreddamento + lucidatura a media-frequenza per le linee principali ad alta-velocità e la tecnologia di spegnimento a media-frequenza per le ferrovie a velocità ordinaria-in base al volume di traffico. Allo stesso tempo, si raccomanda di stabilire un sistema di processo standardizzato per il rafforzamento ferroviario, unificare gli standard di prova e le specifiche di costruzione e ridurre i costi di promozione. Per le linee con rapidità crescente volume di traffico, il trattamento di rinforzo della superficie della rotaia può essere effettuato in anticipo per evitare frequenti sostituzioni dovute all'eccessiva usura nel periodo successivo.