Optimierung des Wärmebehandlungsprozesses für Laschen und Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Schienenverbindungen
Was sind die Ermüdungsversagensmechanismen und die wichtigsten Einflussfaktoren der Laschenverbindung?
Der Ermüdungsversagensmechanismus der Laschenverbindung istRissentstehung und -ausbreitung unter Wechselbeanspruchung. Im Zugbetrieb kommt es zu einer gewissen Steifigkeitsveränderung am Schienenstoß. Die Rad-{2}}Schienenlast wird durch die Schiene auf die Lasche übertragen, wodurch die Lasche im Bereich der Schraubenlöcher und an den Enden wiederholt wechselnden Zug- und Druckspannungen ausgesetzt ist. Mikrorisse entstehen zunächst in Spannungskonzentrationsbereichen und breiten sich unter wechselnder Belastung weiter aus. Wenn die Risslänge den kritischen Wert erreicht, bricht die Lasche. Zu den wesentlichen Einflussfaktoren zählen drei Aspekte: Erstens,wesentliche Leistungsfaktoren. Wenn der 45#-Stahl, der üblicherweise für Laschen verwendet wird, keiner angemessenen Wärmebehandlung unterzogen wird, sind seine Zugfestigkeit und Zähigkeit unzureichend und es besteht die Gefahr, dass in Spannungskonzentrationsbereichen Risse auftreten. zweite,strukturelle Faktoren. Der Umfang der Schraubenlöcher und die Enden der Lasche sind Spannungskonzentrationsbereiche. Wenn der Umfang der Löcher nicht abgeschrägt ist, wird der Spannungskonzentrationsfaktor stark erhöht, was die Rissbildung beschleunigt; dritte,Prozessfaktoren. Unangemessene Parameter des Wärmebehandlungsprozesses, wie z. B. eine zu niedrige Abschrecktemperatur und eine unzureichende Anlasszeit, führen zu einer ungleichmäßigen metallografischen Struktur der Lasche, Eigenspannungen und einer verringerten Ermüdungsbeständigkeit. Darüber hinaus wirkt sich auch der Wartungszustand der Leitung auf Ermüdungsausfälle aus. Ein zu großer Höhenunterschied am Schienenstoß erhöht die zusätzliche Belastung der Lasche und verkürzt die Lebensdauer.
Was sind die zentralen Prozessparameter und Optimierungsmethoden der Vergütungswärmebehandlung für Laschen?
Der Kernprozess der Abschreck- und Anlasswärmebehandlung für Laschen istAbschrecken + Hochtemperaturanlassen. Zu den Kernprozessparametern gehören fünf Aspekte: Abschrecktemperatur, Haltezeit, Abkühlgeschwindigkeit, Anlasstemperatur und Anlasszeit. Für 45#-Stahllaschen liegt der optimierte Bereich der Abschrecktemperatur bei 830–850 Grad. Eine zu niedrige Temperatur führt zu einer unzureichenden Austenitisierung und es wird ungelöstes Ferrit in der metallografischen Struktur geben, was die Festigkeit der Lasche verringert; Eine zu hohe Temperatur führt zu groben Körnern und verringerter Zähigkeit. Die Haltezeit wird entsprechend der Dicke der Lasche angepasst. Bei Laschen mit einer Dicke von 20 mm wird die Haltezeit auf 60–90 Minuten optimiert, um eine vollständige Austenitisierung im Material sicherzustellen. Die Abkühlgeschwindigkeit übernimmt die Methode vonWasserabschreckung und Ölkühlung. Die abgeschreckte Fischplatte wird zunächst in Wasser auf 300 Grad abgekühlt und dann zum Abkühlen in Öl überführt. Diese Methode kann die Abschreckspannung reduzieren und Risse in der Lasche vermeiden. Die Tempertemperatur ist auf 550 -580 Grad und die Temperzeit auf 120–150 Minuten optimiert. Durch Hochtemperaturanlassen kann die metallografische Struktur in angelassenes Sorbit umgewandelt werden, das sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Zähigkeit aufweist und die Ermüdungsbeständigkeit erheblich verbessern kann. Die Optimierungsmethode übernimmt die orthogonale Testmethode mit Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit als Bewertungsindikatoren und optimiert die Kombination von fünf Prozessparametern, um schließlich die optimale Parameterkombination zu bestimmen, sodass die Zugfestigkeit der Lasche größer oder gleich 650 MPa und die Schlagzähigkeit größer oder gleich 30 J/cm² ist.
Was sind der Oberflächenverstärkungsbehandlungsprozess und die Funktion des Umfangs der Laschenbolzenlöcher?
Die Oberflächenverstärkungsbehandlung der Laschenlochperipherie erfolgt nach einem VerbundverfahrenWalzverfestigung + Aufkohlungsbehandlung. Die rollende Verstärkung ist der erste Prozess. Mit einem speziellen Rollwerkzeug wird Druck auf die Oberfläche um das Schraubenloch herum ausgeübt, wodurch eine plastische Verformung der Oberfläche um das Loch herum verursacht wird und eine kaltverfestigte Schicht mit einer Dicke von 0,2 bis 0,3 mm entsteht. Die Härte der kaltverfestigten Schicht kann HV350 oder mehr erreichen, was 30 % höher ist als die Matrixhärte. Durch die Rollverstärkung kann auch die Oberflächenrauheit um das Loch herum auf unter Ra0,8 reduziert und Spannungskonzentrationsquellen reduziert werden. Die Aufkohlungsbehandlung ist der zweite Prozess. Die gewalzte Lasche wird in einen Aufkohlungsofen gelegt und 4 bis 6 Stunden lang bei einer Temperatur von 920–940 Grad gehalten, damit Kohlenstoffatome in die Oberfläche um das Loch eindringen können. Die Dicke der aufgekohlten Schicht wird auf 0,8–1,0 mm eingestellt und der Kohlenstoffgehalt der aufgekohlten Schicht beträgt 0,8–1,0 %. Nach der Aufkohlungsbehandlung ist ein Niedertemperaturanlassen bei einer Temperatur von 180–200 Grad für 60 Minuten erforderlich, um die während des Aufkohlungsprozesses entstehenden Restspannungen zu beseitigen. Der Verbundverstärkungsprozess hat zwei Hauptfunktionen: Erstens verbessert er die Härte und Verschleißfestigkeit der Oberfläche um das Loch herum und verhindert so Reibung und Verschleiß zwischen der Schraube und dem Lochumfang. Zweitens bildet es eine Restdruckspannung auf der Oberfläche um das Loch herum, die einen Teil der wechselnden Zugspannung ausgleichen, die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung verringern und die Ermüdungsfestigkeit der Lasche um mehr als 40 % erhöhen kann.
Was sind die differenzierten Designpunkte von Wärmebehandlungsprozessen zwischen Laschen nach nationalem und ausländischem Standard?
Die unterschiedliche Gestaltung der Wärmebehandlungsprozesse zwischen nationalen und ausländischen Standardlaschen ergibt sich aus den unterschiedlichen Materialien und Serviceanforderungen. Nationale Standardlaschen verwenden hauptsächlich 45#-Stahl, angepasst an nationale Standardschienen mit 60 kg/m und 75 kg/m, während ausländische Standardlaschen hauptsächlich europäischen Standardstahl C45E verwenden, angepasst an UIC60- und UIC54-Schienen.Differenzierung des Abschreckprozesses: Die Abschrecktemperatur von 45#-Stahllaschen nach nationalem Standard beträgt 830–850 Grad, wobei Wasserabschreckung und Ölkühlung verwendet werden. Die Abschrecktemperatur von C45E-Stahllaschen nach ausländischem Standard beträgt 820–840 Grad bei Verwendung von Luftkühlung. Da C45E-Stahl eine bessere Härtbarkeit aufweist, kann durch Luftkühlung eine gleichmäßige Martensitstruktur erzielt werden, wodurch das durch Wasserkühlung verursachte Rissrisiko vermieden wird.Differenzierung des Temperierprozesses: Die Anlasstemperatur von Laschen nach nationalem Standard beträgt 550-580 Grad und die Anlasszeit beträgt 120 Minuten, um eine getemperte Sorbitstruktur zu erhalten; Die Anlasstemperatur ausländischer Standardlaschen beträgt 520–550 Grad und die Anlasszeit 150 Minuten, um eine getemperte Troostitstruktur zu erhalten, die eine höhere Festigkeit aufweist und für die Anforderungen europäischer Schwerlastlinien geeignet ist.Differenzierung zur Oberflächenverstärkung: Laschen nach nationalem Standard verwenden den Verbundverstärkungsprozess Walzen + Aufkohlen; Laschen nach ausländischem Standard verwenden einen Verstärkungsprozess durch Kugelstrahlen, der eine Restdruckspannung auf der gesamten Oberfläche der Lasche erzeugen kann, was besser für den Wartungsmodus europäischer Leinen geeignet ist.
Was sind die Prüfpunkte und Akzeptanzstandards für die Wärmebehandlungsqualität von Laschen?
Die Prüfpunkte für die Wärmebehandlungsqualität von Laschen umfassen vier Kernpunkte:metallografische Strukturprüfung, Prüfung mechanischer Eigenschaften, Prüfung der Oberflächenhärte und Eigenspannungsprüfung. Bei der metallografischen Strukturprüfung wird die Mikrostruktur der Lasche mithilfe eines metallografischen Mikroskops beobachtet. Die qualifizierte Struktur nationaler Standardlaschen ist gehärteter Sorbit, der Korngrößengrad ist größer oder gleich 8 und es sind kein Netzwerkferrit oder grobe Körner zulässig. Die qualifizierte Struktur ausländischer Standardlaschen ist getemperter Troostit, der Korngrößengrad größer oder gleich 7. Die Prüfung der mechanischen Eigenschaften umfasst Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung und Schlagzähigkeit. Für Laschen nach nationalem Standard beträgt die Zugfestigkeit mindestens 650 MPa, die Streckgrenze mindestens 355 MPa, die Dehnung mindestens 16 %, die Schlagzähigkeit mindestens 30 J/cm²; für ausländische Standardlaschen, Zugfestigkeit größer oder gleich 700 MPa, Streckgrenze größer oder gleich 400 MPa, Dehnung größer oder gleich 14 %, Schlagzähigkeit größer oder gleich 25 J/cm². Bei der Oberflächenhärteprüfung wird ein Rockwell-Härteprüfer verwendet, um die Härte um die Schraubenlöcher herum zu ermitteln. Die Oberflächenhärte nationaler Standardlaschen beträgt HRC28-32 und die von ausländischen Standardlaschen HRC30-35. Bei der Eigenspannungsprüfung wird ein Röntgenspannungsmessgerät verwendet, um die Eigenspannung um die Schraubenlöcher herum zu ermitteln. Der Wert der Restdruckspannung sollte größer oder gleich 100 MPa sein und es ist keine Restzugspannung zulässig. Der Akzeptanzstandard besteht darin, dass alle vier Prüfgegenstände qualifiziert sind. Die Probenahmequote jeder Laschencharge beträgt nicht weniger als 5 %. Bei nicht qualifizierten Artikeln ist eine doppelte Probenahme erforderlich. Sollten sie immer noch nicht qualifiziert sein, wird die gesamte Charge verschrottet.