Сравнение состава материала и износостойкости рельсов национального и зарубежного стандартов
Почему разница в содержании углерода между рельсами GB 60 кг/м и UIC60 влияет на износостойкость-срок службы?
Содержание углерода в рельсе GB 60 кг/м составляет около 0,70 %-0,80 %, а в рельсе UIC60 — 0,85 %-0,95 %. Более высокое содержание углерода приводит к более высокой твердости матрицы рельса и лучшей износостойкости. Рельс UIC имеет более высокое содержание углерода и большую долю мартенсита в головке рельса, что может эффективно противостоять абразивному износу, вызванному трением колеса о рельс. Рельс GB имеет меньшее содержание углерода и немного меньшую твердость; при большой нагрузке и высокочастотном трении головка рельса склонна к износу и растрескиванию. Кроме того, повышенное содержание углерода повысит хрупкость рельса. Рельсу UIC необходимо сбалансировать прочность посредством закалки и отпуска, что является основной причиной его более длительного срока службы. Поэтому разница в содержании углерода является основным фактором, влияющим на износостойкость двух типов рельсов.
На внешние стандартные направляющие часто добавляются элементы из сплавов хрома и ванадия. Какие преимущества они имеют по сравнению с рейками GB?
Добавление хрома и ванадия во внешние стандартные рельсы позволяет значительно измельчить зерна, улучшить прочность на разрыв и усталостную прочность. Хром может улучшить прокаливаемость рельса, делая распределение твердости головки рельса более равномерным и избегая местных мягких мест; ванадий может образовывать карбиды, повышая износостойкость и ударопрочность рельса. Рельсы GB в основном изготавливаются из низко-легированных или не-легированных материалов, не имеющих такого усиления сплава. В условиях высокой-скорости и больших-нагрузок они склонны к пластической деформации головки рельса. Внешние стандартные рельсы с добавлением сплавов могут увеличить срок службы на 20 %-30 % по сравнению с рельсами GB, что делает их более подходящими для качественной прокладки линий.
Почему на линиях в холодных и-высотных районах необходимо выбирать внешние стандартные рельсы с низким содержанием фосфора и серы вместо рельсов GB?
Верхний предел содержания фосфора и серы в рельсах ГБ составляет 0,04 %, а во внешних стандартных хладо-рельсах поддерживается ниже 0,025 %. Низкое содержание примесей может снизить температуру перехода хладноломкости. В холодных и высокогорных-районах зимой температура низкая, и рельсы склонны к хрупким разрушениям. Фосфор и сера, как вредные элементы, повышают хрупкость рельса и ускоряют распространение трещин. Внешние стандартные направляющие уменьшают количество примесей за счет технологии очистки, которая может улучшить низко-стойкость к температурам и обеспечить хорошую пластичность даже при температуре ниже -40 градусов. Рельсы ГБ имеют высокое содержание примесей и высокий риск хрупкого разрушения при низких температурах, что делает их непригодными для прокладки в холодных и высокогорных районах. Это важное воплощение материальной адаптивности.
Как повлияет разница в прокаливаемости материалов рельсов на градиент твердости головки рельса?
Рельсы с хорошей прокаливаемостью имеют более плавный градиент твердости от поверхности к сердцевине головки рельса, а распределение напряжений под действием силы более равномерное. Прокаливаемость внешних стандартных рельсов лучше, чем у рельсов GB. Твердость поверхности головки рельса может достигать HB360-400, а твердость сердцевины может оставаться выше HB300, что позволяет эффективно рассеивать контактное напряжение колеса-рельса. Рельсы ГБ имеют плохую прокаливаемость: чрезмерно высокую поверхностную твердость головки рельса и низкую твердость сердцевины, образующую структуру «твердая оболочка и мягкая сердцевина». Под действием силы на границе раздела легко образуются микротрещины. При длительных-переменных нагрузках микротрещины будут быстро распространяться, что приводит к растрескиванию головки рельса и влияет на безопасность движения.
Как быстро определить износостойкость направляющих GB и внешних стандартных рельсов путем испытания материалов?
Спектрометр можно использовать для обнаружения содержания углерода, марганца и хрома в материалах рельсов. Рельсы с содержанием углерода больше или равным 0,85% и содержанием марганца 1,0%-1,5% обладают лучшей износостойкостью. Затем твердомером по Бринеллю определяют твердость поверхности головки рельса. Рельсы с твердостью выше или равной HB360 соответствуют требованиям по износостойкости. В то же время можно провести испытание на удар падающим грузом, чтобы определить ударную вязкость при низкой температуре. Ударная вязкость внешних стандартных рельсов обычно на 15–20 % выше, чем у рельсов GB. Объединив эти три результата испытаний, можно быстро оценить износостойкость и усталостную прочность рельса, что дает основу для выбора линии.