Perché la corrispondenza dei gradi è importante e le differenze meccaniche tra i gradi
La stecca, chiamata anche barra di giunzione, è imbullonata a entrambe le estremità della rotaia in corrispondenza di un giunto e trasferisce il momento flettente e la forza di taglio da una rotaia a quella successiva. Poiché il giunto è il punto più debole del binario, la stecca deve sostenere una quota definita del carico ferroviario e tale quota dipende direttamente dal grado di resistenza del materiale della stecca. Se il grado è inferiore a quello richiesto dal carico, la stecca si deforma plasticamente, si crepa e alla fine perde la tenuta sulle estremità della rotaia, motivo per cui il grado di resistenza del materiale della stecca deve corrispondere alla capacità di carico-del giunto della rotaia.
I due gradi più comunemente utilizzati per le stecche differiscono per carico di snervamento, resistenza alla trazione, durezza e contenuto di lega. Queste differenze determinano il carico che il giunto può sopportare e la durata a fatica della stecca sotto carichi alternati delle ruote.
| Proprietà | Grado 8.8 | Grado 10.9 |
|---|---|---|
| Forza di rendimento | Maggiore o uguale a 640MPa | Maggiore o uguale a 900MPa |
| Resistenza alla trazione | Maggiore o uguale a 800MPa | Maggiore o uguale a 1000MPa |
| Durezza Rockwell | Maggiore o uguale a HRC28 | Maggiore o uguale a HRC35 |
| Contenuto di carbonio | 0.25%-0.35% | 0.35%-0.45% |
| Contenuto di cromo | Nessuno specificato | 1.0%-1.5% |
| Applicazione tipica | GB Rotaie da 60kg/m sulle linee ordinarie | Trasporto pesante-e rotaie standard esterne |
| Portata congiunta | Circa l'80% della ferrovia | Circa il 90% della ferrovia |
Adattamento della pendenza alla linea e al carico sull'asse
Il grado 8.8 è adatto alle linee di velocità ordinarie- posate con rotaie GB 60 kg/m, dove la capacità portante del giunto raggiunge circa l'80% della rotaia e il carico di traffico rimane entro l'intervallo elastico del materiale. Le rotaie standard esterne per il trasporto pesante-richiedono la classe 10,9 perché il carico di snervamento della rotaia è di almeno 900 MPa, il carico sull'asse è di 30 tonnellate o più e la forza di taglio sulla giunzione è circa 2,5 volte quella delle linee di velocità-ordinarie. Il grado 8.8 con un limite di snervamento di 640 MPa sviluppa rapidamente una deformazione plastica sotto tale forza di taglio, l'adesione tra la stecca e la rotaia viene persa e la concentrazione delle sollecitazioni diventa grave. Il grado 10.9, con un limite di snervamento pari a circa 1,4 volte quello del grado 8.8, mantiene l'ampiezza della sollecitazione articolare entro il 70% del limite di snervamento e offre circa il doppio della durata a fatica, il che garantisce stabilità a lungo termine-sulle linee di trasporto-pesante.
Cosa succede quando la stecca è più debole della rotaia
Quando la resistenza della stecca è inferiore a quella del binario, la stecca diventa l'anello debole del giunto. Lo stress si concentra sulla stecca mentre lo stress sulla rotaia viene ridotto, invertendo la prevista condivisione del carico. Ad esempio, se la resistenza della stecca è inferiore del 20% rispetto a quella della rotaia, l'ampiezza della sollecitazione sulla stecca può raggiungere 1,5 volte quella della rotaia e le cricche da fatica compaiono precocemente. La propagazione della fessura porta alla rottura della stecca, il giunto perde la sua tenuta e ne conseguono disallineamento e spostamento. La concentrazione delle sollecitazioni accelera inoltre la rottura per taglio dei bulloni del giunto, danneggiando ulteriormente l'integrità del giunto. La resistenza della stecca deve quindi essere uguale o superiore alla resistenza della rotaia in modo che la distribuzione delle sollecitazioni nel giunto rimanga uniforme.
Rilevamento-in loco del grado di resistenza della stecca
Il grado può essere verificato sul posto in tre modi. Innanzitutto, un durometro portatile misura la durezza Rockwell: il grado 8,8 legge almeno HRC28 e il grado 10,9 almeno HRC35. In secondo luogo, vengono prelevati campioni per una prova di trazione per misurare il carico di snervamento e la resistenza alla trazione, e i valori vengono confrontati con i limiti di qualità. In terzo luogo, uno spettrometro controlla la composizione del materiale: il grado 10.9 ha un contenuto di carbonio dello 0,35%-0,45% e un contenuto di cromo dell'1,0%-1,5%, mentre il grado 8.8 ha un contenuto di carbonio dello 0,25%-0,35% e nessun cromo specificato. La superficie di una stecca adeguatamente fornita riporta un marchio di resistenza; i prodotti senza marchio devono essere sottoposti a test completi prima dell'uso per evitare applicazioni errate.
Bilanciare costi e sicurezza nella selezione del grado
Le linee interne-a velocità ordinaria con rotaie GB possono utilizzare la pendenza 8.8, che costa circa il 30% in meno rispetto alla pendenza 10.9 e soddisfa la domanda di cuscinetti con un migliore rapporto costi-prestazioni. Le linee ad alta-velocità e-trasporto pesante con rotaie standard esterne devono utilizzare la pendenza 10,9; il costo del materiale aumenta di circa il 20%, ma si evitano guasti ai giunti e si riducono i costi di manutenzione a lungo termine. Le linee temporanee possono utilizzare una pendenza inferiore in base alla classe di carico effettiva, mentre le linee destinate al funzionamento a lungo termine-devono essere selezionate alla pendenza più alta che vedranno. Il fulcro dell'equilibrio è una corrispondenza accurata al carico della linea e alla pendenza della rotaia, evitando sia le specifiche eccessive che aumentano i costi sia le specifiche insufficienti che creano un rischio per la sicurezza.
Domande frequenti
È possibile utilizzare una stecca a stecca di grado 8,8- su una linea per trasporto pesante?
No. La forza di taglio in corrispondenza del giunto è circa 2,5 volte quella delle linee di velocità-ordinarie e la resistenza di grado 8,8 è di 640 MPa, ben al di sotto della resa di 900 MPa della rotaia per il trasporto pesante-. La deformazione plastica e la frattura per fatica seguirebbero rapidamente.
Come viene eseguito il controllo della durezza sul campo?
Un durometro portatile Rockwell viene premuto contro un'area piana e pulita della stecca. La lettura viene confrontata con il limite del voto: almeno HRC28 per il grado 8,8 e almeno HRC35 per il grado 10,9.
Perché il grado 10.9 contiene cromo?
Il cromo migliora la temprabilità e la resistenza alla corrosione e supporta la maggiore resistenza della qualità. Una lettura allo spettrometro di 1,0%-1,5% di cromo è uno dei controlli della composizione che conferma il grado 10,9.
Qual è la conseguenza della concentrazione dello stress articolare in una stecca debole?
Lo stress si concentra sulla stecca, si avviano e si propagano cricche da fatica, la stecca si frattura, il giunto perde la tenuta e ne conseguono il disallineamento e la rottura del bullone a taglio. Il giunto può cedere improvvisamente sotto il traffico.
Una stecca con grado superiore è sempre migliore?
Non automaticamente. Un grado superiore costa di più e può essere meno duttile se non adeguatamente trattato termicamente. La qualità deve corrispondere al carico della rotaia e della linea in modo che costo, resistenza e tenacità siano bilanciati.
Cosa si dovrebbe fare con le stecche a ganascia che non riportano il marchio di classificazione?
Le stecche a ganascia non contrassegnate non devono essere installate su giunti-portanti. Dovrebbero essere messi in quarantena e sottoposti a test di durezza, trazione e composizione e reintegrati solo se i risultati corrispondono al grado richiesto.