Por qué existe el tratamiento térmico en línea
La vida útil del riel se rige por la dureza de la superficie de rodadura, pero un riel que es duro en todas partes es frágil. El tratamiento térmico en línea resuelve este problema endureciendo solo la cabeza: el riel se templa en la línea de laminación para que la cabeza se transforme en perlita fina o bainita mientras que la red y la base permanecen resistentes. El resultado es un carril con una dureza de la superficie de rodadura de clase 340 a 400 HB y un cuerpo dúctil que resiste la flexión y el impacto. Esta es la tecnología detrás de las calidades endurecidas en la cabeza especificadas por todos los principales sistemas ferroviarios: U75VH en la práctica china, R350HT y R350LHT en la práctica europea según EN 13674-1 y las calidades con tratamiento térmico-utilizadas en las líneas de transporte pesado estadounidenses.
Procesos de enfriamiento y sus parámetros.
Tres enfoques de enfriamiento dominan la producción. El enfriamiento por aspersión dirige la niebla de agua a alta-presión a través de boquillas en el cabezal del riel, con la velocidad de enfriamiento controlada por la presión y el ángulo de la boquilla; Las velocidades de enfriamiento típicas de 30 a 50 C/s producen la fina estructura de perlita que requieren los rieles endurecidos con cabeza, y el proceso es rápido y adecuado para líneas de alto tonelaje. El endurecimiento por inducción calienta el cabezal localmente mediante inducción electromagnética y luego lo enfría, lo que brinda un control preciso de la profundidad de la capa endurecida, comúnmente en el rango de 3 a 8 mm para aplicaciones orientadas al desgaste. El enfriamiento por inmersión sumerge el riel en un medio de enfriamiento, como una solución de polímero, que se enfría uniformemente y se adapta a secciones más grandes donde la extracción uniforme del calor es difícil. Cada proceso tiene un lugar: enfriamiento por pulverización para economía y velocidad, inducción para endurecimiento localizado o selectivo e inmersión para secciones con geometría compleja.
Templado: restaurar la dureza y controlar el estrés
Como-la barra perlítica templada conlleva tensión residual y puede ser quebradiza, el templado sigue al templado. El templado a baja-temperatura en la banda de 150 a 250 C mantiene la dureza entre 330 y 380 HB al tiempo que alivia una gran parte de la tensión residual y mejora la resistencia a la fractura. El templado-a temperatura media, entre 350 y 500 °C, intercambia algo de dureza por tenacidad y se utiliza donde domina la carga de impacto, como en líneas de transporte-pesadas. El templado a alta-temperatura en la banda de 500 a 650 C refina la estructura y homogeneiza las propiedades, lo que se adapta al servicio mixto de alta-velocidad y carga. La elección del revenido es un equilibrio: muy poco revenido deja tensión residual que promueve la iniciación de grietas por fatiga, y demasiado reduce la dureza por la que pagó el cliente.
Control y medición de procesos
El tratamiento en línea se controla mediante mediciones en tiempo-real. Los pirómetros infrarrojos rastrean la temperatura de la superficie del riel, generalmente con una precisión de más o menos 2 C, y el sistema de control ajusta el flujo del medio de enfriamiento, la presión de la boquilla o la potencia de inducción para mantener el historial de temperatura dentro de la ventana del proceso. Cuando la temperatura medida del cabezal supera el objetivo en la posición de enfriamiento, el sistema aumenta el flujo de pulverización; cuando la temperatura de templado es insuficiente, se prolonga el tiempo de calentamiento. Los datos de producción de series anteriores se utilizan para refinar el conjunto de parámetros para cada grado y sección de riel, lo que reduce la dispersión de dureza y rectitud en todo el lote. La recompensa de un control estricto es visible en la distribución de las mediciones de dureza a lo largo y ancho del riel: una línea controlada mantiene la distribución dentro de unos pocos puntos de dureza, mientras que una línea no controlada produce rieles que se desgastan de manera desigual.
Adaptación del proceso a la pendiente del ferrocarril
Diferentes químicas ferroviarias necesitan diferentes ventanas de tratamiento. Los rieles estándar chinos, como el U71Mn, tienen un contenido moderado de carbono y la temperatura de enfriamiento generalmente se mantiene entre 880 y 920 C con una presión de pulverización en la banda de 0,3 a 0,5 MPa; Las versiones-tratadas térmicamente de la composición U75V de mayor-resistencia, como U75VH, se enfrían y revenen para alcanzar la clase 340 HB y superiores con buena ductilidad. Los grados europeos con alto contenido de carbono, como el R350HT, requieren una temperatura de austenización más alta, en la región de 900 a 950 C, y una ruta de enfriamiento controlada que evite la formación de martensita, que sería frágil en servicio; A menudo se aplica una secuencia de doble templado para estabilizar la estructura. Las calidades de rieles de aleaciones estadounidenses, como la familia A685, contienen elementos formadores de carburo-que cambian el comportamiento de transformación, por lo que la velocidad de enfriamiento debe ser escalonada con precisión para aterrizar en el objetivo de perlita fina en lugar de bainita o martensita. Por lo tanto, un productor que maneja múltiples estándares debe tratar los parámetros del proceso como específicos de grado, no universales.
Inspección de calidad de rieles tratados térmicamente-
La aceptación de los rieles endurecidos con la cabeza-se basa en tres familias de pruebas. La dureza se mide a lo largo de la cabeza en puntos definidos, con el requisito de que la diferencia entre las mediciones se mantenga dentro de una banda estrecha, normalmente no más de aproximadamente 20 HB, para garantizar un desgaste uniforme; El perfil de dureza con profundidad también se verifica para confirmar que la capa endurecida se extiende hasta la profundidad especificada. El examen metalográfico verifica la estructura de perlita, con un fino espaciamiento laminar en la clase de 0,1 a 0,2 micras que indica el equilibrio entre resistencia y tenacidad, y se examina la superficie para detectar descarburación, lo que suaviza la superficie de rodadura. La tensión residual se mide mediante métodos de difracción de rayos X o de seccionamiento, con el requisito de que la superficie tenga una tensión residual de compresión y la tensión de tracción interna se mantenga por debajo del valor que promovería el agrietamiento. Junto con las comprobaciones de rectitud y dimensiones, estas pruebas califican el riel para la entrega y los resultados se documentan lote por lote.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre el enfriamiento de rieles por pulverización, inducción e inmersión?
El enfriamiento por aspersión utiliza agua nebulizada a alta-presión y es rápido y económico; el endurecimiento por inducción calienta la cabeza localmente y proporciona una profundidad de endurecimiento precisa; El enfriamiento por inmersión enfría todo el riel de manera uniforme en un tamaño mediano y se adapta a secciones grandes.
¿Por qué es necesario el templado después del enfriamiento del riel?
Como-el riel templado es duro pero frágil y soporta tensión residual; el templado alivia la tensión, restaura la dureza y estabiliza la estructura manteniendo la dureza de la cabeza requerida.
¿Qué dureza alcanza un carril-templado con cabeza?
Los rieles-reforzados en la cabeza de la clase premium alcanzan de 340 a 400 HB en la superficie de rodadura, por ejemplo, los rieles U75VH y los rieles R350HT según EN 13674-1; la red y la base permanecen en el rango más suave y resistente.
¿A qué profundidad tiene la capa endurecida de un riel-endurecido por inducción?
Para el endurecimiento por inducción orientado al desgaste-, la capa endurecida efectiva suele estar en el rango de profundidad de 3 a 8 mm por debajo de la superficie de rodadura, y el objetivo exacto lo establece la tasa de desgaste en servicio.
¿Cómo se controla la tensión residual en los rieles-tratados térmicamente?
Gestionando la ruta de enfriamiento y el ciclo de templado; La aceptación requiere una tensión residual de compresión en la superficie de rodadura y una tensión de tracción interna limitada, verificada mediante difracción de rayos X-o seccionamiento.
¿Pueden los rieles U75VH reemplazar a los rieles R350HT en un proyecto?
No sin verificación. Ambos son rieles perlíticos endurecidos con la cabeza-de clase de dureza similar, pero el perfil, las tolerancias dimensionales y el procedimiento de soldadura deben ser compatibles con el estándar del proyecto; la sustitución requiere aprobación de ingeniería basada en las especificaciones reales.