Esquema de optimización del proceso de tratamiento térmico de la eclisa y mejora de la resistencia a la fatiga de las juntas del riel
¿Cuáles son el mecanismo de falla por fatiga y los principales factores que influyen en la unión de la eclisa?
El mecanismo de falla por fatiga de la junta de eclisa esIniciación y propagación de grietas bajo tensión alterna.. Durante el funcionamiento del tren se produce una cierta mutación en la rigidez de la junta del carril. La carga de la rueda-carril se transmite a la eclisa a través del riel, lo que hace que la eclisa soporte repetidas tensiones alternas de tracción y compresión alrededor de los orificios de los pernos y en los extremos. Las microfisuras se inician primero en áreas de concentración de tensiones y continúan propagándose bajo tensiones alternas. Cuando la longitud de la grieta alcanza el valor crítico, la eclisa se fractura. Los principales factores que influyen incluyen tres aspectos: primero,factores de rendimiento de materiales. Si el acero 45# comúnmente utilizado para eclisas no se somete a un tratamiento térmico razonable, su resistencia a la tracción y tenacidad son insuficientes y es probable que se produzcan grietas en las áreas de concentración de tensiones; segundo,factores estructurales. La periferia de los orificios de los pernos y los extremos de la eclisa son áreas de concentración de tensiones. Si la periferia de los agujeros no está achaflanada, el factor de concentración de tensiones aumentará considerablemente, acelerando la iniciación de grietas; tercero,factores del proceso. Los parámetros irrazonables del proceso de tratamiento térmico, como una temperatura de enfriamiento demasiado baja y un tiempo de revenido insuficiente, darán lugar a una estructura metalográfica desigual de la eclisa, tensión residual y reducción de la resistencia a la fatiga. Además, las condiciones de mantenimiento de la línea también afectarán la falla por fatiga. Una diferencia de altura excesiva en la junta del riel aumentará la tensión adicional de la eclisa y acortará la vida útil.
¿Cuáles son los parámetros principales del proceso y los métodos de optimización del tratamiento térmico de enfriamiento y revenido de eclisas?
El proceso central de enfriamiento y revenido del tratamiento térmico de eclisas esenfriamiento + templado a alta-temperatura. Los parámetros centrales del proceso incluyen cinco aspectos: temperatura de enfriamiento, tiempo de mantenimiento, velocidad de enfriamiento, temperatura de templado y tiempo de templado. Para eclisas de acero 45#, el rango optimizado de temperatura de enfriamiento es 830-850 grados. Una temperatura demasiado baja provocará una austenitización insuficiente y habrá ferrita sin disolver en la estructura metalográfica, lo que reducirá la resistencia de la eclisa; Una temperatura demasiado alta provocará granos gruesos y una menor dureza. El tiempo de espera se ajusta según el espesor de la eclisa. Para eclisas con un espesor de 20 mm, el tiempo de retención se optimiza a 60-90 minutos para garantizar una austenitización completa dentro del material. La velocidad de enfriamiento adopta el método deenfriamiento con agua y enfriamiento de aceite. La eclisa enfriada se enfría primero a 300 grados en agua y luego se transfiere a aceite para enfriarla. Este método puede reducir la tensión de enfriamiento y evitar el agrietamiento de la eclisa. La temperatura de templado se optimiza a 550-580 grados y el tiempo de templado se optimiza a 120-150 minutos. El templado a alta temperatura puede transformar la estructura metalográfica en sorbita templada, que tiene alta resistencia y alta tenacidad, y puede mejorar significativamente la resistencia a la fatiga. El método de optimización adopta el método de prueba ortogonal, con resistencia a la tracción y tenacidad al impacto como indicadores de evaluación, y optimiza la combinación de cinco parámetros del proceso para finalmente determinar la combinación óptima de parámetros, de modo que la resistencia a la tracción de la eclisa sea mayor o igual a 650 MPa y la tenacidad al impacto mayor o igual a 30 J/cm².
¿Cuáles son el proceso de tratamiento de fortalecimiento de la superficie y la función de la periferia del orificio del perno de la eclisa?
El tratamiento de fortalecimiento de la superficie de la periferia del orificio del perno de la eclisa adopta un proceso compuesto defortalecimiento rodante + tratamiento de carburación. El fortalecimiento rodante es el primer proceso. Se utiliza una herramienta rodante especial para aplicar presión a la superficie alrededor del orificio del perno, lo que provoca una deformación plástica en la superficie alrededor del orificio, formando una capa-endurecida con un espesor de 0,2-0,3 mm. La dureza de la capa endurecida por trabajo-puede alcanzar HV350 o más, que es un 30% más alta que la dureza de la matriz. El refuerzo por rodadura también puede reducir la rugosidad de la superficie alrededor del agujero por debajo de Ra0,8 y reducir las fuentes de concentración de tensiones. El tratamiento de carburación es el segundo proceso. La eclisa laminada se coloca en un horno de cementación y se mantiene a una temperatura de 920 a 940 grados durante 4 a 6 horas para permitir que los átomos de carbono penetren en la superficie alrededor del agujero. El espesor de la capa cementada se controla entre 0,8 y 1,0 mm y el contenido de carbono de la capa cementada es entre 0,8% y 1,0%. Después del tratamiento de cementación, se requiere un templado a baja temperatura a una temperatura de 180 a 200 grados durante 60 minutos para eliminar la tensión residual generada durante el proceso de cementación. El proceso de refuerzo compuesto tiene dos funciones principales: primero, mejora la dureza y la resistencia al desgaste de la superficie alrededor del agujero, evitando la fricción y el desgaste entre el perno y la periferia del agujero; en segundo lugar, forma una tensión de compresión residual en la superficie alrededor del agujero, que puede compensar parte de la tensión de tracción alterna, reducir la probabilidad de inicio de grietas y aumentar la resistencia a la fatiga de la eclisa en más del 40%.
¿Cuáles son los puntos de diseño diferenciados de los procesos de tratamiento térmico entre eclisas estándar nacional y extranjero?
El diseño diferenciado de los procesos de tratamiento térmico entre eclisas estándar nacional y extranjero surge de las diferencias en sus materiales y requisitos de servicio. Las eclisas estándar nacionales utilizan principalmente acero 45#, adaptado a los rieles estándar nacionales de 60 kg/m y 75 kg/m, mientras que las eclisas estándar extranjeras utilizan principalmente acero C45E estándar europeo, adaptado a los rieles UIC60 y UIC54.Diferenciación del proceso de enfriamiento: La temperatura de enfriamiento de las eclisas de acero estándar nacional 45# es de 830-850 grados, utilizando enfriamiento con agua y enfriamiento con aceite; La temperatura de enfriamiento de las eclisas de acero C45E estándar extranjeras es de 820 a 840 grados, utilizando refrigeración por aire. Debido a que el acero C45E tiene una mejor templabilidad, se puede obtener una estructura de martensita uniforme mediante enfriamiento por aire, evitando el riesgo de agrietamiento causado por el enfriamiento por agua.Diferenciación del proceso de templado: La temperatura de templado de las eclisas estándar nacional es de 550-580 grados y el tiempo de templado es de 120 minutos, con el objetivo de obtener una estructura de sorbita templada; La temperatura de templado de las eclisas estándar extranjeras es de 520 a 550 grados, y el tiempo de templado es de 150 minutos, con el objetivo de obtener una estructura de troostita templada, que tiene mayor resistencia y es adecuada para las necesidades de las líneas europeas de transporte pesado.Diferenciación del refuerzo de superficies.: Las eclisas estándar nacionales adoptan el proceso de fortalecimiento compuesto de laminado + carburación; Las eclisas estándar extranjeras adoptan un proceso de fortalecimiento de granallado, que puede formar tensión de compresión residual en la superficie general de la eclisa, más adecuada para el modo de mantenimiento de las líneas europeas.
¿Cuáles son los elementos de prueba y los estándares de aceptación para la calidad del tratamiento térmico de las eclisas?
Los elementos de prueba para la calidad del tratamiento térmico de eclisas incluyen cuatro elementos principales:pruebas de estructuras metalográficas, pruebas de propiedades mecánicas, pruebas de dureza de superficies y pruebas de tensión residual. Las pruebas de estructura metalográfica utilizan un microscopio metalográfico para observar la microestructura de la eclisa. La estructura calificada de las eclisas estándar nacional es sorbita templada, el grado de tamaño de grano mayor o igual a 8, y no se permiten ferritas de red ni granos gruesos; la estructura calificada de las eclisas estándar extranjeras es troostita templada, el grado de tamaño de grano mayor o igual a 7. Las pruebas de propiedades mecánicas incluyen resistencia a la tracción, límite elástico, alargamiento y tenacidad al impacto. Para eclisas estándar nacional, resistencia a la tracción mayor o igual a 650 MPa, límite elástico mayor o igual a 355 MPa, alargamiento mayor o igual al 16%, tenacidad al impacto mayor o igual a 30 J/cm²; para eclisas estándar extranjeras, resistencia a la tracción mayor o igual a 700 MPa, límite elástico mayor o igual a 400 MPa, alargamiento mayor o igual al 14 %, tenacidad al impacto mayor o igual a 25 J/cm². Las pruebas de dureza de la superficie utilizan un probador de dureza Rockwell para detectar la dureza alrededor de los orificios de los pernos. La dureza de la superficie de las eclisas estándar nacionales es HRC28-32 y la de las eclisas estándar extranjeras es HRC30-35. Las pruebas de tensión residual utilizan un instrumento de medición de tensión por rayos X para detectar la tensión residual alrededor de los orificios de los pernos. El valor de la tensión de compresión residual debe ser mayor o igual a 100 MPa y no se permite ninguna tensión de tracción residual. El estándar de aceptación es que los cuatro elementos de prueba estén calificados. La proporción de muestreo de cada lote de eclisas no es inferior al 5%. Si hay artículos no calificados, se requiere doble muestreo. Si aún no están calificados, se descartará todo el lote.