Технология укрепления поверхности рельсов и ее адаптация к линиям с различной пропускной способностью
Каковы основные параметры процесса закалки поверхности рельсов национального стандарта?
Основой усиления поверхностной закалки рельсов национального стандарта является точный контроль параметров нагрева и охлаждения. Во-первых, применяется среднечастотный индукционный нагрев-для нагрева рабочей поверхности рельса до 850-900 градусов – температурного диапазона, обеспечивающего аустенизацию поверхности рельса без пережога. Время нагрева должно контролироваться в пределах 30-40 секунд, чтобы глубина нагрева рабочей поверхности достигала 2–3 мм и соответствовала требованиям по повышению твердости поверхности. На этапе охлаждения используется охлаждение водяным туманом под высоким давлением, при этом давление воды контролируется на уровне 0,8-1,2 МПа, а скорость охлаждения достигает более или равной 15 град/с, что способствует преобразованию структуры поверхности в мелкий мартенсит. После закалки проводят низкотемпературный отпуск при температуре 180-200 градусов в течение 1 часа для устранения закалочных остаточных напряжений и предотвращения образования поверхностных трещин на рельсе. Твердость рабочей поверхности рельсов, обработанной этим процессом, может достигать HRC58-62, а износостойкость более чем в 3 раза выше, чем у необработанных рельсов.
Каковы специальные технические требования к лазерному наплавлению рельсов иностранных стандартов?
При лазерном усилении плакирования рельсов иностранных стандартов, таких как UIC60 и AREMA115RE, первым требованием является хорошая совместимость материала плакирования и основного металла рельса. Обычно выбирается порошок сплава на основе железа-, состав которого должен быть близок к составу сплава основного металла рельса, чтобы избежать отслаивания на стыке плакирующего слоя и основного металла. Мощность лазера необходимо регулировать в зависимости от модели рельса: мощность лазера для рельсов UIC60 регулируется на уровне 2000-2500 Вт, а для рельсов AREMA115RE ее необходимо увеличить до 2500–3000 Вт, чтобы обеспечить равномерную толщину плакирующего слоя до 0,5–0,8 мм. В процессе плакирования требуется защита инертным газом, при этом скорость потока аргона контролируется на уровне 10-15 л/мин для предотвращения окисления плакирующего слоя. После плакирования поверхность рельса должна быть отшлифована до шероховатости Ra не более 1,6 мкм, чтобы обеспечить плавный контакт колеса с рельсом. Кроме того, требуется испытание на твердость плакирующего слоя с твердостью не менее HV800 и прочностью соединения между плакирующим слоем и основным металлом не менее 300 МПа.
Какова предпочтительная схема усиления поверхности рельсов на линиях с интенсивным-интенсивным движением-магистралей?
Рельсы на магистральных-интенсивных-магистральных линиях испытывают высокие контактные напряжения-колес с рельсами и имеют высокую скорость износа, поэтому предпочтительной схемой является метод композитного упрочнения «закалка + лазерная наплавка». Сначала к рабочей поверхности рельса применяется среднечастотная закалка -для улучшения базовой твердости и износостойкости поверхностного слоя, а затем на закаленный слой выполняется лазерная наплавка для дальнейшего повышения сопротивления усталости и отколу. Поверхность рельса после композитного упрочнения образует двух-слойную структуру «закаленный упрочняющий слой + плакирующий износостойкий-слой». Закаленный слой обеспечивает достаточную поддержку прочности, а плакирующий слой обладает превосходной износостойкостью и ударопрочностью. Эта схема позволяет продлить срок службы рельса более чем на 50 % по сравнению с технологией одиночной закалки, адаптируясь к потребностям тяжеловесных-магистральных линий с годовым объемом перевозок, превышающим 300 миллионов тонн-километров. При строительстве следует обращать внимание на соответствие толщины закаленного слоя и плакирующего слоя: толщина закаленного слоя контролируется на уровне 2-3 мм, а толщина плакирующего слоя - на уровне 0,5-0,8 мм, чтобы избежать концентрации напряжений, вызванной несбалансированным соотношением толщин. Кроме того, на рельсах после упрочнения композита следует провести испытания по моделированию контакта колеса с рельсом, чтобы обеспечить равномерное распределение контактных напряжений.
Какова экономичная технология упрочнения поверхности рельсов на обычных-линиях-с низкой скоростью движения?
К линиям с низкой-обычной-скоростью движения предъявляются высокие требования к контролю затрат, поэтому предпочтительным является экономичная технология упрочнения поверхности рельсов дробеструйной обработкой. При дробеупрочнении в качестве снарядов используются чугунные или стальные дроби с контролируемым диаметром снаряда 0,8-1,2 мм и давлением впрыска 0,4-0,6 МПа, в результате чего снаряды ударяются о рабочую поверхность рельса на высокой скорости. Этот процесс может образовать на поверхности рельса слой остаточных сжимающих напряжений толщиной 0,1-0,2 мм, эффективно препятствующий зарождению и распространению усталостных трещин и в то же время повышающий твердость поверхности до HRC45-50. Стоимость усиления дробеструйной обработки составляет всего 1/5 стоимости усиления закалки и 1/20 стоимости лазерной наплавки, что очень подходит для линий обычной скорости с годовым объемом перевозок менее 50 миллионов тонно-километров. Для строительства можно использовать мобильное дробеструйное оборудование, которое может работать напрямую без разборки рельсов, что значительно снижает затраты на строительство. Кроме того, после дробеструйной обработки можно нанести рельсовую антикоррозийную грунтовку, чтобы еще больше продлить цикл защиты рельсов от ржавчины и сократить частоту технического обслуживания.
Каковы показатели обнаружения и стандарты приемки эффектов усиления поверхности рельсов?
Показатели обнаружения эффектов упрочнения поверхности рельсов в основном включают твердость поверхности, остаточное сжимающее напряжение, износостойкость и усталостную долговечность. Твердость поверхности определяется с помощью твердомера Роквелла: твердость рабочей поверхности закаленных рельсов должна быть больше или равна HRC58, твердость лазерного плакирующего слоя больше или равна HV800, а твердость дробеструйной обработки рельсов больше или равна HRC45; остаточное сжимающее напряжение обнаруживается рентгеновским анализатором напряжений: остаточное сжимающее напряжение дробеструйного слоя должно быть больше или равно -300 МПа, а закаленного слоя - больше или равно -200 МПа; износостойкость определяется машиной для испытания на износ: потери на износ усиленных рельсов должны быть снижены более чем на 50% по сравнению с неупрочненными рельсами; Усталостную долговечность определяют на машине для испытаний на усталость на изгиб: усталостную долговечность усиленных рельсов следует увеличить более чем в 1 раз. Норматив приемки таков: на километр линии отбираются пробы из 10 точек измерения, при этом все показатели каждой точки измерения должны соответствовать стандартам. Если 1 точка измерения не соответствует требованиям, требуется двойной отбор проб; если в двойной выборке все еще остаются неквалифицированные точки, эффект усиления на этом участке линии считается неквалифицированным. После прохождения приемки необходимо создать файл усиления для записи времени упрочнения, параметров процесса и результатов испытаний, обеспечивая поддержку данных для последующего обслуживания.