بهینهسازی فرآیند عملیات حرارتی صفحه ماهی و طرح افزایش قدرت خستگی مفصل ریلی
مکانیسم شکست خستگی و عوامل اصلی موثر بر مفصل صفحه ماهی چیست؟
مکانیسم شکست خستگی مفصل صفحه ماهی استشروع و انتشار ترک تحت تنش متناوب. در حین کار قطار، جهش سفتی خاصی در مفصل ریل وجود دارد. بار ریل چرخ-از طریق ریل به صفحه ماهیگیری منتقل میشود و باعث میشود که صفحه ماهی بارها تنشهای متناوب کششی و فشاری را در اطراف سوراخهای پیچ و انتها تحمل کند. ریزترک ها ابتدا در نواحی تمرکز تنش شروع می شوند و ریزترک ها تحت تنش متناوب به انتشار خود ادامه می دهند. هنگامی که طول ترک به مقدار بحرانی می رسد، صفحه ماهی شکسته می شود. عوامل اصلی تأثیرگذار شامل سه جنبه است: اول،عوامل عملکرد مواد. اگر فولاد 45# که معمولاً برای صفحات ماهی استفاده می شود تحت عملیات حرارتی معقولی قرار نگیرد، استحکام کششی و چقرمگی آن کافی نیست و در نواحی تمرکز تنش احتمال بروز ترک وجود دارد. دوم،عوامل ساختاری. حاشیه سوراخ های پیچ و انتهای صفحه ماهیگیری مناطق تمرکز تنش هستند. اگر حاشیه سوراخ ها پخ نباشد، ضریب تمرکز تنش بسیار افزایش می یابد و شروع ترک را تسریع می کند. سوم،عوامل فرآیند. پارامترهای غیر منطقی فرآیند عملیات حرارتی، مانند دمای خاموش کردن بسیار پایین و زمان گرم شدن ناکافی، منجر به ساختار متالوگرافی ناهموار صفحه ماهی، تنش پسماند و کاهش مقاومت در برابر خستگی می شود. علاوه بر این، وضعیت تعمیر و نگهداری خط نیز بر خرابی خستگی تأثیر می گذارد. اختلاف ارتفاع بیش از حد در محل اتصال ریل، تنش اضافی صفحه ماهی را افزایش می دهد و عمر مفید آن را کوتاه می کند.
پارامترهای اصلی فرآیند و روشهای بهینهسازی عملیات حرارتی خاموش کردن و تلطیف برای صفحات ماهی چیست؟
فرآیند اصلی خاموش کردن و عملیات حرارتی تمپر برای صفحات ماهی استخاموش کردن + درجه حرارت بالا-. پارامترهای فرآیند اصلی شامل پنج جنبه است: دمای خاموش کردن، زمان نگهداری، سرعت خنکسازی، دمای تلطیف و زمان تلطیف. برای بشقاب های فولادی 45#، محدوده بهینه دمای خاموش کردن 830-850 درجه است. دمای بسیار پایین منجر به آستنیتیزه شدن ناکافی می شود و فریت حل نشده در ساختار متالوگرافی وجود خواهد داشت که استحکام صفحه ماهی را کاهش می دهد. دمای بیش از حد بالا منجر به دانه های درشت و کاهش چقرمگی می شود. زمان نگهداری با توجه به ضخامت صفحه ماهی تنظیم می شود. برای صفحات ماهی با ضخامت 20 میلی متر، زمان نگهداری 60 تا 90 دقیقه بهینه شده است تا از آستنیته شدن کامل داخل مواد اطمینان حاصل شود. نرخ سرمایش از روش استفاده می کندکوئنچ آب و خنک کننده روغن. بشقاب ماهی خاموش شده ابتدا تا 300 درجه در آب سرد می شود، سپس برای خنک شدن به روغن منتقل می شود. این روش می تواند استرس خاموش شدن را کاهش دهد و از ترک خوردن صفحه ماهی جلوگیری کند. دمای تمپر تا 550-580 درجه بهینه شده است و زمان تلطیف 120-150 دقیقه بهینه شده است. تمپر کردن در دمای بالا می تواند ساختار متالوگرافیک را به سوربیت معتدل تبدیل کند که هم استحکام بالا و هم چقرمگی بالایی دارد و می تواند به طور قابل توجهی مقاومت در برابر خستگی را بهبود بخشد. روش بهینهسازی از روش تست متعامد با مقاومت کششی و چقرمگی ضربه به عنوان شاخصهای ارزیابی استفاده میکند و ترکیبی از پنج پارامتر فرآیند را برای تعیین ترکیب پارامتر بهینه بهینه میکند، به طوری که استحکام کششی صفحه ماهی بیشتر از یا مساوی 650 مگاپاسکال و چقرمگی ضربه بیشتر یا مساوی 30J/cm² است.
فرآیند درمان تقویت سطح و عملکرد حاشیه سوراخ پیچ و مهره صفحه ماهی چیست؟
درمان تقویت سطح حاشیه سوراخ پیچ و مهره صفحه ماهی یک فرآیند ترکیبی را اتخاذ می کندتقویت نورد + درمان کربوریزه کردن. تقویت غلتکی اولین فرآیند است. از یک ابزار نورد مخصوص برای اعمال فشار به سطح اطراف سوراخ پیچ استفاده می شود که باعث تغییر شکل پلاستیک در سطح اطراف سوراخ می شود و یک لایه کار-سخت شده با ضخامت 0.2-0.3 میلی متر ایجاد می کند. سختی لایه سخت شده میتواند به HV350 یا بیشتر برسد که 30 درصد بیشتر از سختی ماتریس است. تقویت غلتکی همچنین می تواند زبری سطح اطراف سوراخ را به زیر Ra0.8 کاهش دهد و منابع تمرکز تنش را کاهش دهد. درمان کربوریزه کردن فرآیند دوم است. بشقاب ماهی نورد شده در یک کوره کربور کننده قرار داده می شود و در دمای 920-940 درجه به مدت 4-6 ساعت نگه داشته می شود تا اتم های کربن به سطح اطراف سوراخ نفوذ کنند. ضخامت لایه کربوره شده در 0.8-1.0 میلی متر کنترل می شود و محتوای کربن لایه کربن شده 0.8٪ -1.0٪ است. پس از عملیات کربوریزه کردن، برای از بین بردن تنش پسماند ایجاد شده در طول فرآیند کربورسازی، به دمای پایین در دمای 180-200 درجه به مدت 60 دقیقه نیاز است. فرآیند تقویت کامپوزیت دو کارکرد اصلی دارد: اول، سختی و مقاومت در برابر سایش سطح اطراف سوراخ را بهبود می بخشد و از اصطکاک و سایش بین پیچ و اطراف سوراخ جلوگیری می کند. دوم، تنش فشاری باقیمانده را روی سطح اطراف سوراخ ایجاد می کند، که می تواند بخشی از تنش کششی متناوب را جبران کند، احتمال شروع ترک را کاهش دهد و مقاومت خستگی صفحه ماهی را تا بیش از 40٪ افزایش دهد.
نقاط طراحی متمایز فرآیندهای عملیات حرارتی بین صفحات ماهی استاندارد ملی و استاندارد خارجی چیست؟
طراحی متمایز فرآیندهای عملیات حرارتی بین صفحات ماهی استاندارد ملی و استاندارد خارجی از تفاوت در مواد و الزامات خدماتی آنها ناشی می شود. بشقاب های استاندارد ملی عمدتاً از فولاد 45# استفاده می کنند که با ریل های استاندارد ملی 60 کیلوگرم بر متر و 75 کیلوگرم بر متر تطبیق داده شده است، در حالی که صفحات ماهی استاندارد خارجی عمدتاً از فولاد استاندارد اروپایی C45E، سازگار با ریل های UIC60 و UIC54 استفاده می کنند.تمایز فرآیند خاموش کردن: دمای کوئنچ بشقاب های فولادی استاندارد ملی 45# 830-850 درجه با استفاده از کوئنچ آب و خنک کننده روغن می باشد. دمای خاموش کردن صفحات ماهیگیری استاندارد خارجی C45E با استفاده از خنک کننده هوا 820-840 درجه است. از آنجایی که فولاد C45E دارای سختی پذیری بهتری است، ساختار مارتنزیت یکنواخت را می توان با خنک کردن هوا به دست آورد و از خطر ترک ناشی از خنک کردن آب جلوگیری کرد.تمایز فرآیند تعدیل: دمای تلطیف صفحات ماهی استاندارد ملی 550-580 درجه و زمان تلطیف 120 دقیقه با هدف به دست آوردن ساختار سوربیتی سکوریت شده است. دمای تلطیف صفحات ماهی استاندارد خارجی 520-550 درجه و زمان تمپر 150 دقیقه با هدف به دست آوردن ساختار تروستیت سکوریت شده است که از استحکام بالاتری برخوردار است و برای نیازهای خطوط حمل و نقل سنگین اروپایی مناسب است.تمایز تقویت سطح: صفحات ماهی استاندارد ملی فرآیند تقویت کامپوزیت نورد + کربوریزاسیون را اتخاذ می کنند. صفحات ماهی استاندارد خارجی فرآیند تقویت شات پنینگ را اتخاذ می کنند، که می تواند تنش فشاری باقیمانده را در سطح کلی صفحه ماهی ایجاد کند، که برای حالت نگهداری خطوط اروپایی مناسب تر است.
موارد آزمایش و استانداردهای پذیرش برای کیفیت عملیات حرارتی صفحات ماهی چیست؟
آیتم های آزمایشی برای کیفیت عملیات حرارتی صفحات ماهی شامل چهار مورد اصلی است:تست ساختار متالوگرافی، تست خواص مکانیکی، تست سختی سطح و تست تنش پسماند. آزمایش ساختار متالوگرافی از یک میکروسکوپ متالوگرافی برای مشاهده ریزساختار صفحه ماهی استفاده می کند. ساختار واجد شرایط صفحات ماهی استاندارد ملی، سوربیت تمپر شده، درجه اندازه دانه بزرگتر یا مساوی 8 است، و هیچ فریت شبکه یا دانه درشت مجاز نیست. ساختار واجد شرایط صفحات ماهی استاندارد خارجی تروستیت تمپر شده است، درجه دانه بزرگتر یا مساوی 7. تست خواص مکانیکی شامل استحکام کششی، استحکام تسلیم، ازدیاد طول و چقرمگی ضربه است. برای صفحات ماهی استاندارد ملی، استحکام کششی بیشتر یا مساوی 650 مگاپاسکال، استحکام تسلیم بیشتر یا مساوی 355 مگاپاسکال، ازدیاد طول بیشتر یا مساوی 16 درصد، چقرمگی ضربه بیشتر یا مساوی 30J/cm². برای صفحات ماهی استاندارد خارجی، استحکام کششی بیشتر یا مساوی 700 مگاپاسکال، استحکام تسلیم بیشتر یا مساوی 400 مگاپاسکال، ازدیاد طول بیشتر یا مساوی 14 درصد، چقرمگی ضربه بیشتر یا مساوی 25 ژول بر سانتی متر مربع است. تست سختی سطح از یک سختی سنج Rockwell برای تشخیص سختی اطراف سوراخ های پیچ استفاده می کند. سختی سطح صفحات ماهی استاندارد ملی HRC28-32، و صفحات ماهی استاندارد خارجی HRC30-35 است. تست تنش پسماند از یک ابزار اندازه گیری تنش اشعه ایکس برای تشخیص تنش پسماند اطراف سوراخ های پیچ استفاده می کند. مقدار تنش فشاری پسماند باید بزرگتر یا مساوی 100 مگاپاسکال باشد و هیچ تنش کششی پسماند مجاز نیست. استاندارد پذیرش این است که هر چهار مورد تست واجد شرایط هستند. نسبت نمونه برداری از هر دسته از صفحات ماهی کمتر از 5٪ نیست. در صورت وجود موارد فاقد صلاحیت، نمونه برداری مضاعف مورد نیاز است. اگر آنها همچنان فاقد صلاحیت باشند، کل دسته از بین خواهد رفت.