La relación entre el material, el proceso de tratamiento térmico y la resistencia a la fatiga de las placas de presión
¿Cuál es la diferencia en la resistencia a la fatiga entre las placas de presión de acero 45# tratadas mediante enfriamiento y revenido versus normalización?
Las placas de presión de acero 45# después del templado y revenido tienen una resistencia a la tracción mayor o igual a 600 MPa, una tenacidad al impacto mayor o igual a 30 J/cm² y un límite de fatiga mayor o igual a 250 MPa. Aquellos después de la normalización tienen una resistencia a la tracción solo mayor o igual a 500 MPa, tenacidad al impacto menor o igual a 20 J/cm² y límite de fatiga menor o igual a 180 MPa, con una diferencia de resistencia a la fatiga de más del 30 %. El enfriamiento y el revenido forman una estructura de sorbita templada uniforme en acero 45#, que combina alta resistencia y alta tenacidad, y puede resistir eficazmente el impacto de cargas alternas de trenes. La estructura normalizada es perlita + ferrita, con tenacidad insuficiente, lo que hace que las grietas por fatiga sean propensas a iniciarse en los puntos de concentración de tensiones, y la vida útil es solo el 60% de la de las placas de presión templadas y revenidas.
¿Qué efecto de mejora tiene el proceso de enfriamiento superficial sobre la resistencia a la fatiga de las placas de presión de 60Si2Mn?
Después del enfriamiento de la superficie, la dureza de la superficie de las placas de presión de 60Si2Mn puede alcanzar HRC45-50, formando una estructura martensítica densa, y la resistencia al desgaste mejora más de 2 veces. Al mismo tiempo, el enfriamiento de la superficie forma una tensión de compresión residual en la capa superficial de la placa de presión, compensando parte de la tensión de tracción generada por las cargas del tren y aumentando el límite de fatiga en un 25% -30%. La alta dureza de la superficie puede resistir el daño por fricción del riel, evitando la deformación plástica de la placa de presión, mientras que el núcleo aún mantiene la alta tenacidad de la sorbita templada, evitando que la placa de presión se fracture bajo cargas de impacto. Esta característica estructural de "duro por fuera y resistente por dentro" hace que las placas de presión de 60Si2Mn sean la opción preferida para líneas de transporte pesado.
¿Cuáles son las causas principales de las "fisuras por enfriamiento" en las placas de presión durante el tratamiento térmico y cómo evitarlas?
Las causas principales incluyen: en primer lugar, una velocidad de calentamiento excesivamente rápida, que provoca una gran diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de la placa de presión y un estrés térmico excesivo; en segundo lugar, velocidad de enfriamiento excesivamente rápida, donde la tensión estructural de la transformación de austenita en martensita excede la resistencia a la tracción del material; tercero, sin tratamiento de biselado en las esquinas afiladas y los bordes de los orificios de la placa de presión, formando puntos de concentración de tensión. Medidas para evitarlo: adopte un proceso de calentamiento escalonado para aumentar lentamente la temperatura y reducir la diferencia de temperatura interna y externa; seleccionar medios de enfriamiento graduados (como un baño de nitrato) para reducir la velocidad de enfriamiento y la tensión estructural; Durante el procesamiento de la placa de presión, realice un biselado con R mayor o igual a 0,5 mm en esquinas afiladas y bordes de orificios para eliminar los puntos de concentración de tensión.
¿Qué riesgos de servicio son causados por una dureza no calificada (demasiado alta o demasiado baja) de las placas de presión después del tratamiento térmico?
Cuando la dureza es demasiado alta (HRC>55), la fragilidad de la placa de presión aumenta significativamente, la resistencia al impacto disminuye en más de un 40 % y es probable que se produzcan fracturas frágiles bajo las cargas de impacto del tren, especialmente en ambientes de baja-temperatura en invierno, donde el riesgo de fractura es mayor. Cuando la dureza es demasiado baja (HRC<35), la fuerza y la resistencia al desgaste de la placa de presión son insuficientes y es probable que se produzca deformación plástica bajo cargas laterales del riel, lo que genera un "escalón" en la superficie de ajuste entre la placa de presión y el riel, lo que exacerba el desplazamiento lateral del riel y el ensanchamiento del ancho de vía. Ambas situaciones acortarán la vida útil de la placa de presión, dañarán la estabilidad del sistema de sujeción y provocarán riesgos para la seguridad de la vía.
¿Cómo juzgar rápidamente si la calidad del tratamiento térmico de las placas de presión está calificada en el sitio?
En el sitio, se puede utilizar un probador de dureza Rockwell portátil para detectar la dureza de la superficie de la placa de presión: la dureza de las placas de presión templadas y revenidas de acero 45# debe estar entre HRC22-28, y la dureza de la superficie de las placas de presión templadas en superficie-60Si2Mn debe estar entre HRC45-50. Al mismo tiempo, observe el estado de la superficie de la placa de presión; no se califican grietas, ninguna capa de descarburación por oxidación y ninguna deformación. Además, se puede utilizar el método de golpeteo: las placas de presión templadas y revenidas tienen un sonido profundo y las placas de presión templadas en la superficie tienen un sonido nítido; un sonido ronco puede indicar grietas internas. Para problemas de lotes, se deben tomar muestras para pruebas de resistencia al impacto para garantizar que la calidad del tratamiento térmico cumpla con los requisitos del servicio.