Materijali ploča pod pritiskom, toplinska obrada, zamor

Šta Potisna ploča nosi

Pritisna ploča se nalazi između baze šine i praga ili osnovne ploče, širi silu stezanja sistema za pričvršćivanje preko stope šine i pomaže da se šina drži bočno. Vidi fluktuirajući spektar opterećenja: svaki prolaz točka dodaje impuls kompresije, a zakrivljenost dodaje bočno savijanje. Ploča koja gubi čvrstoću ili nastaje pukotina mijenja raspodjelu opterećenja cijelog pričvrsnog sklopa, a šina se počinje pomicati ispod nje. Otpornost na zamor, sposobnost da preživi milione ciklusa opterećenja bez pucanja, je stoga primarno svojstvo dizajna pločastog materijala i stvara se u peći za termičku obradu, a ne u kancelariji za crtanje. Dvije porodice čelika koje se koriste, čelik sa srednjim ugljikom C45 i čelik za opruge 60Si2Mn, odabrani su upravo iz ovog razloga: oba dobro reagiraju na toplinsku obradu, a ruta procesa odlučuje da li će ploča služiti godinama ili otkazati mjesecima.

Gašenje i temperiranje u odnosu na normalizaciju za C45

Kaljenje i kaljenje formira kaljeni sorbit, strukturu koja kombinuje visoku čvrstoću i žilavost, tako da je ploča otporna i na naizmjeničnu kompresiju tereta vlaka i na udare ravnih kotača. Normalizirana struktura, perlit plus ferit, ima manju žilavost, a zamorne pukotine počinju rano na mjestima koncentracije napona kao što su rubovi rupa i uglovi presjeka. Razlika u granici zamora, 250 MPa naspram 180 MPa, direktno se pretvara u život: pod istim spektrom opterećenja normalizirana ploča traje samo oko 60 posto duže. Za komponentu koja stoji na stazi godinama, dodatni trošak rute gašenja i otpuštanja se višestruko nadoknađuje u troškovima pregleda i zamjene.

Površinsko očvršćavanje ploča od 60Si2Mn

Tamo gdje ploča također mora biti otporna na abraziju od podnožja šine, opružni čelik 60Si2Mn je površinski kaljen indukcijskim zagrijavanjem i brzim hlađenjem. Površina dostiže HRC 45 do 50 sa gustim martenzitnim slojem, što povećava otpornost na habanje više od dva puta. Što je još važnije za zamor, očvrsnuti površinski sloj nosi zaostalo tlačno naprezanje koje poništava dio zateznog naprezanja savijanja od opterećenja vlaka, podižući granicu zamora za 25 do 30 posto. Struktura je namjerno dva-slojna: ljuska otporna na tvrdu habanje-spolja i žilava kaljena jezgra iznutra, zbog čega se dizajn naziva tvrda spolja i čvrsta iznutra. Ova kombinacija čini površinski{12}}očvrsnute ploče od 60Si2Mn poželjnim izborom za teške-tegalne linije, gdje abrazija i zamor djeluju zajedno. Dubina stvrdnjavanja i tvrdoća jezgra moraju biti specificirani, jer se pretanko kućište troši, a pretvrdo jezgro gubi žilavost.

Gašenje pukotina i njihova prevencija

Pukotine su klasični nedostatak termičke obrade i dolaze iz tri uzroka. Prvo, prebrzo zagrijavanje stvara veliku temperaturnu razliku između površine i jezgre i visoko toplinsko naprezanje. Drugo, prebrzo hlađenje u gašenju omogućava da transformacijski napon austenita u martenzit premaši lokalnu čvrstoću čelika. Treće, oštri uglovi i rubovi rupa bez ivica djeluju kao koncentratori naprezanja gdje se transformacijski napon rasterećuje. Mjere prevencije su standardne: zagrijavanje u koracima kako bi temperaturna razlika ostala mala, gašenje u nitratnom mediju kako bi se usporilo hlađenje i zakošeni svaki oštri ugao i rub rupe u radijusu od 0,5 mm ili više prije stvrdnjavanja. Ploča sa prigušenom prslinom je otpad, jer se pukotina otvara pod opterećenjem i prerasta u zamorni lom, pa je trošak prevencije daleko ispod cijene kvara.

Prihvatanje tvrdoće i opasnost od pogrešnih vrijednosti

Tvrdoća je -kapija za kvalitet termičke obrade. Kaljena i temperirana ploča C45 treba da ima HRC 22 do 28, a površinski{5}}kaljena ploča od 60Si2Mn HRC 45 do 50 na površini. Ako je tvrdoća previsoka, iznad HRC 55, ploča postaje lomljiva: udarna žilavost opada za više od 40 posto i ploča se može slomiti pod udarnim opterećenjem, a rizik je najveći pri niskim zimskim temperaturama. Ako je tvrdoća preniska, ispod HRC 35, čvrstoća i otpornost na habanje su nedovoljne, ploča se pod bočnim opterećenjem šine plastično deformira, na kontaktnoj površini se formira stepenica, a šina počinje bočno puzati i širiti širinu. Oba načina kvara skraćuju vijek trajanja ploče i destabiliziraju sistem pričvršćivanja, zbog čega prijemni test uključuje mjerenje tvrdoće na definiranom broju dijelova po seriji.

Terenske provjere instaliranih ploča

Stanje termičke obrade se provjerava na licu mjesta bez laboratorijske opreme. Prijenosni tester tvrdoće po Rockwellu mjeri površinsku tvrdoću i potvrđuje traku, HRC 22 do 28 za kaljeni i temperirani C45 i HRC 45 do 50 za površinski{6}}kaljeni 60Si2Mn. Površina se ispituje na pukotine, razugljičenje i deformacije; bilo koji od njih odbija ploču. Iskusni inspektori koriste i zvučni test: ugašena i temperirana ploča zvoni dubokim tonom, površinski{11}}kaljena ploča oštrim tonom, a promukli ton ukazuje na unutrašnju pukotinu. Kada se sumnja na seriju, uzimaju se uzorci za ispitivanje udarne žilavosti kako bi se potvrdila termička obrada prije nego što se ploče puste na trag. Iste provjere se primjenjuju i na robu koja dolazi, a kupac u tehničkom ugovoru treba navesti prozor tvrdoće, stopu uzorkovanja i metodu ispitivanja.

Zašto je gašenje i kaljenje bolje od normalizacije za tlačne ploče?

Zato što formira kaljeni sorbit, koji kombinuje snagu i žilavost. Granica zamora raste sa oko 180 MPa na 250 MPa, a vijek trajanja se otprilike udvostručuje u usporedbi s normaliziranom pločom od istog čelika.

Koju tvrdoću treba da ima tlačna ploča?

Kaljena i temperirana ploča C45 treba biti HRC 22 do 28, a površinski{3}}kaljena ploča od 60Si2Mn HRC 45 do 50 na površini. Vrijednosti iznad HRC 55 rizikuju krti lom, a ispod HRC 35 rizikuju plastičnu deformaciju.

Kako se izbjegavaju pukotine od gašenja?

Postepenim zagrevanjem, stepenastim gašenjem u nitratnoj kupki i zakošenjem svakog oštrog ugla i ivice rupe u radijusu od 0,5 mm ili više. Zakošenosti uklanjaju točke koncentracije naprezanja gdje transformacijski napon puca na čelik.

Šta se dešava ako je ploča pretvrda?

Ploča postaje lomljiva, a otpornost na udar se smanjuje za više od 40 posto. Može se slomiti pod udarnim opterećenjem vlaka, a rizik je najveći u hladnim zimskim uvjetima, pa se tvrdoća iznad HRC 55 odbija pri prihvatanju.

Kako se provjerava kvalitet toplinske obrade na licu mjesta?

Sa prijenosnim Rockwell testerom tvrdoće prema navedenom prozoru, vizualnom provjerom pukotina i razugljikovanja, te zvučnim testom čekićem. Promukli ton ukazuje na unutrašnju pukotinu, a sumnjive serije idu na ispitivanje otpornosti na udar.

C45 ili 60Si2Mn, koji materijal za teške{3}}ploče?

60Si2Mn sa površinskim otvrdnjavanjem je izbor za težak-izbor: površina HRC 45 do 50 je otporna na habanje stopala šine, a zaostalo tlačno naprezanje podiže granicu zamora za 25 do 30 posto, dok čvrsta jezgra sprječava lom.