Technologie zur Schienenoberflächenverstärkung und ihre Anpassung an Strecken mit unterschiedlichen Verkehrskapazitäten
Was sind die wichtigsten Prozessparameter der Oberflächenvergütung für nationale Standardschienen?
Der Kern der Oberflächenverstärkung für nationale Standardschienen besteht in der präzisen Steuerung der Heiz- und Kühlparameter. Zunächst wird eine Mittelfrequenz-Induktionserwärmung eingesetzt, um die Schienenlauffläche auf 850 -900 Grad zu erwärmen. Dieser Temperaturbereich gewährleistet, dass die Schienenoberfläche austenitisiert wird, ohne dass es zu einer Überverbrennung kommt. Die Aufheizzeit sollte innerhalb von 30 -40 Sekunden liegen, um sicherzustellen, dass die Aufheiztiefe der Lauffläche 2–3 mm erreicht und damit die Anforderungen an die Oberflächenhärteverstärkung erfüllt. In der Kühlphase wird eine Hochdruck-Wassernebelkühlung eingesetzt, wobei der Wasserdruck auf 0,8–1,2 MPa und die Abkühlgeschwindigkeit auf mindestens 15 Grad pro Sekunde geregelt wird, wodurch die Umwandlung der Oberflächenstruktur in feinen Martensit gefördert wird. Nach dem Abschrecken wird eine Stunde lang eine Niedertemperatur-Anlassbehandlung bei 180–200 Grad durchgeführt, um Abschreckeigenspannungen zu beseitigen und Oberflächenrisse auf der Schiene zu vermeiden. Die Härte der mit diesem Verfahren behandelten Schienenlauffläche kann HRC58-62 erreichen, und die Verschleißfestigkeit ist mehr als dreimal so hoch wie bei unbehandelten Schienen.
Welche besonderen technischen Anforderungen gelten für die Laserauftragverstärkung ausländischer Normschienen?
Für die Laserbeschichtungsverstärkung ausländischer Standardschienen wie UIC60 und AREMA115RE ist die erste Voraussetzung eine gute Kompatibilität zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Schienengrundmetall. Üblicherweise wird ein Legierungspulver auf Eisen--Basis gewählt, dessen Zusammensetzung nahe am Legierungsverhältnis des Schienengrundmetalls liegen sollte, um ein Ablösen an der Verbindungsstelle zwischen der Mantelschicht und dem Grundmetall zu vermeiden. Die Laserleistung muss entsprechend dem Schienenmodell angepasst werden: Die Laserleistung für UIC60-Schienen wird auf 2000 -2500 W geregelt, und für AREMA115RE-Schienen muss sie auf 2500–3000 W erhöht werden, um sicherzustellen, dass die Dicke der Ummantelungsschicht gleichmäßig 0,5–0,8 mm erreicht. Während des Umhüllungsprozesses ist ein Inertgasschutz erforderlich, wobei die Argon-Durchflussrate auf 10–15 l/min geregelt wird, um eine Oxidation der Umhüllungsschicht zu verhindern. Nach dem Beschichten muss die Schienenoberfläche auf eine Rauheit Ra kleiner oder gleich 1,6 μm geschliffen werden, um einen reibungslosen Kontakt zwischen Rad und Schiene zu gewährleisten. Darüber hinaus ist eine Härteprüfung der Mantelschicht erforderlich, wobei die Härte größer oder gleich HV800 und die Verbindungsfestigkeit zwischen der Mantelschicht und dem Grundmetall größer oder gleich 300 MPa sein muss.
Was ist das bevorzugte Oberflächenverstärkungsschema für Schienen in stark frequentierten Schwerlaststrecken?
Schienen in Strecken mit hohem-Verkehrsaufkommen und schweren-Verkehrsstrecken unterliegen einer hohen Kontaktbeanspruchung durch die Räder-und weisen eine schnelle Abnutzungsrate auf. Daher ist das bevorzugte Schema die Verbundverstärkungsmethode „Abschrecken + Laserauftragschweißen“. Zunächst wird die Schienenlauffläche einer mittelfrequenten Abschreckung unterzogen, um die Grundhärte und Verschleißfestigkeit der Oberflächenschicht zu verbessern. Anschließend wird die abgeschreckte Schicht einer Laserbeschichtung unterzogen, um die Ermüdungs- und Abplatzbeständigkeit weiter zu verbessern. Die Schienenoberfläche bildet nach der Verbundverstärkung eine Doppelschichtstruktur aus „vergüteter Verstärkungsschicht + verschleißfester Verkleidungsschicht“. Die abgeschreckte Schicht sorgt für eine ausreichende Festigkeitsunterstützung, während die Mantelschicht eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Schlagfestigkeit aufweist. Dieses System kann die Lebensdauer der Schiene im Vergleich zur Einzellöschtechnologie um mehr als 50 % verlängern und passt sich den Anforderungen von Schwerlaststrecken mit einem jährlichen Verkehrsaufkommen von mehr als 300 Millionen Tonnenkilometern an. Beim Bau sollte auf die Dickenanpassung zwischen der abgeschreckten Schicht und der Mantelschicht geachtet werden: Die Dicke der abgeschreckten Schicht wird auf 2-3 mm und die Dicke der Mantelschicht auf 0,5–0,8 mm eingestellt, um Spannungskonzentrationen aufgrund eines unausgeglichenen Dickenverhältnisses zu vermeiden. Darüber hinaus sollten nach der Verbundverstärkung Rad-Schiene-Kontaktsimulationstests an den Schienen durchgeführt werden, um eine gleichmäßige Kontaktspannungsverteilung sicherzustellen.
Was ist die wirtschaftliche Oberflächenverstärkungstechnologie für Schienen auf Strecken mit geringem {0}Verkehrsaufkommen und normaler{1}}Geschwindigkeit?
Auf Strecken mit geringem{0}Verkehrsaufkommen und normaler-Geschwindigkeit werden hohe Anforderungen an die Kostenkontrolle gestellt, weshalb die wirtschaftliche Technologie der Kugelstrahlverstärkung der Schienenoberfläche bevorzugt wird. Beim Kugelstrahlenverfestigen werden Gusseisen- oder Stahlkugeln als Projektile verwendet, wobei der Projektildurchmesser auf 0,8-1,2 mm und der Einspritzdruck auf 0,4-0,6 MPa eingestellt wird, wodurch die Projektile mit hoher Geschwindigkeit auf die Schienenlauffläche auftreffen. Dieser Prozess kann eine Restdruckspannungsschicht mit einer Dicke von 0,1-0,2 mm auf der Schienenoberfläche bilden, wodurch die Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen wirksam verhindert und gleichzeitig die Oberflächenhärte auf HRC45-50 erhöht wird. Die Kosten für die Verstärkung durch Kugelstrahlen betragen nur 1/5 der Verstärkung durch Abschrecken und 1/20 der Laserbeschichtung, was sich sehr gut für Strecken mit normaler Geschwindigkeit und einem jährlichen Verkehrsaufkommen von weniger als 50 Millionen Tonnenkilometern eignet. Für den Bau können mobile Kugelstrahlgeräte eingesetzt werden, die ohne Demontage der Schienen direkt online betrieben werden können, wodurch die Baukosten erheblich gesenkt werden. Darüber hinaus kann nach der Verstärkung durch das Kugelstrahlen eine Schienen-Rostschutzgrundierung aufgetragen werden, um den Rostschutzzyklus der Schienen weiter zu verlängern und die Wartungshäufigkeit zu reduzieren.
Was sind die Erkennungsindikatoren und Akzeptanzstandards für die Wirkung der Schienenoberflächenverstärkung?
Zu den Erkennungsindikatoren für die Wirkung der Schienenoberflächenverstärkung zählen vor allem die Oberflächenhärte, die Eigendruckspannung, die Verschleißfestigkeit und die Ermüdungslebensdauer. Die Oberflächenhärte wird mit einem Rockwell-Härteprüfer ermittelt: Die Laufoberflächenhärte von vergüteten Schienen sollte größer oder gleich HRC58 sein, die Härte der Laserumhüllungsschicht sollte größer oder gleich HV800 sein und die Härte von kugelgestrahlten Schienen sollte größer oder gleich HRC45 sein; Die Restdruckspannung wird von einem Röntgenspannungsanalysator erfasst: Die Restdruckspannung der kugelgestrahlten Schicht sollte größer oder gleich -300 MPa und die der abgeschreckten Schicht größer oder gleich -200 MPa sein; Die Verschleißfestigkeit wird durch eine Verschleißprüfmaschine ermittelt: Der Verschleißverlust verstärkter Schienen soll im Vergleich zu unverstärkten Schienen um mehr als 50 % reduziert werden. Die Ermüdungslebensdauer wird mit einer Biegeermüdungsprüfmaschine ermittelt: Die Ermüdungslebensdauer verstärkter Schienen sollte um mehr als das 1-fache erhöht werden. Der Abnahmestandard lautet: Pro Kilometer Leitung werden 10 Messpunkte abgetastet, und alle Indikatoren jedes Messpunkts müssen den Standards entsprechen. Wenn 1 Messpunkt nicht qualifiziert ist, ist eine doppelte Probenahme erforderlich; Liegen bei der Doppelstichprobe immer noch unqualifizierte Punkte vor, wird die Verstärkungswirkung dieses Streckenabschnitts als unqualifiziert beurteilt. Nach bestandener Abnahme sollte eine Verstärkungsdatei erstellt werden, um die Verstärkungszeit, Prozessparameter und Testergebnisse aufzuzeichnen und Datenunterstützung für die spätere Wartung bereitzustellen.