Secondo i dati rilevanti, molti materiali rotabili ferroviari in tutto il mondo sono afflitti dallo stripping del battistrada delle ruote durante il funzionamento.Lo sverniciamento di questa usura anomala del battistrada, nel settore ferroviario in molti paesi del mondo è un problema serio e la situazione sta diventando sempre più grave.L'usura anomala del battistrada delle ruote non solo aumenta i costi di funzionamento e manutenzione ma, in una certa misura, influisce anche direttamente sulla sicurezza del veicolo.

I problemi di spellamento del battistrada delle ruote ferroviarie possono essere suddivisi in tre categorie: stripping per fatica da contatto, stripping per frenata e stripping per sfregamento.Lo stripping della frenata si verifica solo in condizioni di frenata del battistrada, il motivo è che condizioni di frenata inadeguate portano a crepe termiche sulla superficie del battistrada causate dall'abrasione durante la frenata del battistrada, possono verificarsi condizioni di frenata non del battistrada, il motivo è che lo scivolamento o il rotolamento tra la ruota e la rotaia portano alla superficie del battistrada prodotta dalla martensite causata dallo stripping dei due tipi di problemi che possono essere mitigati dal miglioramento della frenata del veicolo e dell'utilizzo delle condizioni di lavoro;Questo articolo esplora e analizza il fenomeno dello stripping per fatica da contatto della superficie del battistrada dal punto di vista del materiale.

• Analisi delle cause

La modalità di funzionamento principale della sala è quella di eseguire un movimento simile al rotolamento sulle rotaie (in realtà scorrimento e scorrimento).La ruota attraverso un'area di contatto ruota-rotaia molto piccola del carico del veicolo trasferito sulla rotaia, di solito fa sì che il carico locale superi il limite elastico del materiale della ruota o della rotaia, superficie di contatto ruota-rotaia nello stress di compressione da contatto dopo ripetute sollecitazioni a lungo termine azione, causerà un danno da fatica alla superficie di contatto nell'area locale dei piccoli pezzi di metallo spellato, questo fenomeno di danno da fatica è chiamato fatica da contatto.Fatica da contatto e fatica generale, sono le stesse crepe da fatica e l'espansione della fessura da fatica di due fasi.La fatica da contatto prolungata è considerata il principale meccanismo di cedimento della superficie di contatto soggetta a carico ciclico.

I danni da fatica da contatto sotto forma di vaiolatura (vaiolatura), superficiale e profonda sono tre categorie.Nella superficie di contatto alla profondità di 0,2 mm sotto le cavità aghiformi o vaiolose, note come vaiolature;profondità di 0,2 mm ~ 0,4 mm peeling per peeling superficiale, fondo del blocco peeling peeling superficiale approssimativamente parallelo alla superficie di contatto.La profondità della pelatura profonda e la profondità dello strato di rinforzo superficiale sono comparabili, c'è un'area più ampia dello strato superficiale schiacciato.

Allo stesso tempo, il battistrada della ruota presenta peeling butterato, peeling superficiale e peeling profondo. Molti fattori influenzano la fatica da contatto del battistrada della ruota, come la ruota stessa, l'indurimento della superficie del battistrada, il tipo di battistrada utilizzato dalla ruota, la ruota -finitura della superficie di contatto della rotaia e condizioni operative del veicolo.L'autore ritiene che, in sostanza, la decisione di affaticare le prestazioni o la composizione e la microstruttura del materiale della ruota stessa.

• Il materiale della ruota sull'impatto della fatica da contatto

Il materiale della ruota stesso presenta molti aspetti che influenzano le prestazioni di fatica da contatto della ruota, come la struttura organizzativa del materiale della ruota, l'anisotropia del materiale e le inclusioni nel materiale.La complessità della struttura organizzativa del materiale porta a un fattore organizzativo molto complesso per l'effetto della fatica da contatto, il che rende i ricercatori molto diversi anche per la struttura organizzativa della fatica da contatto e l'influenza delle opinioni, e non c'è una comprensione unitaria di molti aspetti.

I materiali di ferro e acciaio hanno ferrite non disciolta, le proprietà meccaniche della ferrite a temperatura ambiente sono quasi le stesse del ferro puro.La sua resistenza alla trazione è b per 180 ~ 280 MPa, resistenza allo snervamento 0,2 per 100 ~ 170 MPa e durezza di circa 80 HBS.si può vedere che la resistenza e la durezza della ferrite non sono elevate.Essendo una fase debole dell'organizzazione, la ferrite tende a diventare una fonte di fatica sotto l'azione di sollecitazioni variabili e portare all'innesco di cricche, quindi la ferrite ha un effetto dannoso sulla durata della fatica da contatto e maggiore è il contenuto di ferrite nella struttura. organizzazione, maggiore è l’effetto sulla fatica da contatto.

Acciaio al carbonio, carbonio disciolto in - Fe nella soluzione solida interstiziale nota come austenite, con durezza generale dell'austenite compresa tra 170 e 220 HBS.Le proprietà meccaniche dell'austenite, il carbonio disciolto e la dimensione dei grani, quindi la sua stabilità meccanica influenzeranno la tenacità dell'organizzazione, influenzando così la durata a fatica da contatto del materiale.Durante la deformazione per fatica, nell'austenite residua si verifica la trasformazione della fase austenite indotta dalla deformazione, che può inibire la generazione e l'estensione delle cricche da fatica.La ricerca sulla fatica da contatto sull'austenite residua dell'acciaio 18Cr2Ni4WA mostra che la stabilità residua dell'austenite è moderata quando la durata della fatica da contatto è massima.Una stabilità residua dell’austenite troppo elevata porterà a una resistenza insufficiente, mentre una stabilità dell’austenite residua troppo bassa porterà a una tenacità insufficiente.Naturalmente, la stabilità dell'austenite residua varia da un tipo di materiale all'altro.

La quantità di carbonio disciolto nel carburatore nei materiali di acciaio è estremamente elevata, con una corrente alternata pari a circa il 6,69%, con conseguente elevata durezza (da 950 a 1050 HV) ma plasticità e tenacità quasi pari a zero.Essendo la fase di rinforzo principale nei materiali di acciaio, la carburazione nell'acciaio e altre fasi coesistono in forma lamellare, sferica, reticolata e a piastre, la sua morfologia e distribuzione delle proprietà dell'acciaio hanno un grande impatto.Ad esempio, quando è presente una distribuzione reticolata nel materiale, la tenacità del materiale viene ridotta e le proprietà meccaniche saranno significativamente peggiori.

La carburite si decomporrà in determinate condizioni, formando carbonio libero da grafite, e il carbonio libero verrà convertito in altri carburi in determinate condizioni.L'effetto del carbonio e del carburo liberi sulla fatica da contatto si manifesta principalmente nei suoi parametri fisici (come modulo di elasticità, coefficiente di espansione, ecc.) diversi dalla matrice del materiale, che distrugge la continuità tra le due fasi.Processo di deformazione per fatica, il carburo può dissolversi, ma il carburo di grandi dimensioni ha un effetto di accumulo di dislocazione, la punta del carburo di bainite superiore è facile da produrre concentrazione di stress, favorendo la formazione di crepe.Inoltre, la temperatura di dissoluzione del carburo della barra è superiore a quella del corpo di cementazione in lega, facile da mantenere fino a diventare carburo non disciolto, il che porta a una significativa riduzione della durata a fatica da contatto volvente.

Austenite trasformazione eutettica di ferrite e carburite formata dal corpo eutettico denominato perlite.Proprietà della perlite tra ferrite e carburite, la tenacità è migliore.La sua resistenza alla trazione b è 750 ~ 900MPa, la durezza è 180 ~ 280HBS, l'allungamento è 20 ~ 25%, il lavoro d'impatto AKU è 24 ~ 32J.Le proprietà meccaniche tra ferrite e carburazione, elevata resistenza, durezza moderata, plasticità e tenacità sono buone.Secondo la ricerca correlata, l'effetto della perlite sulla durata a fatica del materiale non esiste da solo ma dipende dal rapporto di durezza tra perlite e ferrite.Quando il rapporto di durezza tra ferrite e perlite è elevato, la continuità tra le due fasi è scarsa (formando una differenza di fase) e si formano facilmente cricche da fatica al confine ferrite/perlite, che si espandono preferenzialmente lungo il confine ferrite/perlite.Inoltre, la resistenza alla fatica dell'acciaio laminato a caldo con organizzazione ferrite-perlite reticolata grossolana è scarsa.

Le inclusioni non metalliche nell'acciaio hanno un impatto maggiore sulle proprietà dell'acciaio, inclusa la fragilità con ossidi angolari e le inclusioni di silicati sulla durata a fatica da contatto delle più dannose.Poiché queste inclusioni non metalliche distruggono la continuità della matrice, il materiale nell'area circostante di sollecitazione di trazione e di taglio ortogonale della zona debole, sotto l'azione del ciclo di carico pesante, la sollecitazione di contatto e le sollecitazioni residue del materiale sovrapposte su ciascuna dall'altro, in modo che l'energia elastica si concentri nella regione delle inclusioni non metalliche nell'energia di deformazione per produrre cricche, queste si estenderanno nella direzione della massima sollecitazione di taglio e dell'eventuale formazione di desquamazione superficiale.La fessura si espanderà nella direzione della massima sollecitazione di taglio e alla fine formerà il distacco della superficie.

Essendo una materia prima per la produzione dell'acciaio per sale montate, nel suo processo di fusione è inevitabile portare con sé un piccolo numero di elementi permanenti (silicio, manganese, zolfo, fosforo) e alcune impurità (impurità non metalliche e alcuni gas, come l'azoto, idrogeno, ossigeno).Hanno un impatto maggiore sulla qualità dell’acciaio, alcuni sono elementi benefici, altri invece sono l’opposto.Inoltre, il trattamento termico chimico dell'acciaio svolge un ruolo molto importante nel rafforzare e proteggere la superficie del pezzo, come pallinatura, cementazione, nitrurazione, ecc. Può migliorare efficacemente la durezza dello strato superficiale del pezzo, la resistenza all'abrasione e limite di fatica, ecc., ma è importante sottolinearne i metodi di trattamento e i requisiti tecnici.

La stragrande maggioranza degli studiosi che studiano la fatica da contatto volvente dei materiali delle ruote, generalmente presuppongono che il materiale sia isotropo, ma lo studio mostra che, poiché la ruota sulla pista non deve rotolare puro, quindi non importa la direzione e la posizione , le ruote ferroviarie sono anisotrope.L'anisotropia del materiale della ruota ha effetto sull'orientamento e sulla posizione del campione sperimentale, e quindi sulla misurazione della resistenza e di altri parametri del materiale.I parametri del materiale così ottenuti sono particolarmente importanti se applicati alla progettazione a fatica.

• Conclusione

Il danno da fatica da contatto è una delle modalità di guasto più importanti delle superfici di contatto ruota-rotaia soggette a carico ciclico.Proporre misure per evitare danni da fatica richiede una buona comprensione e conoscenza dei meccanismi di cedimento coinvolti.La ricerca sul meccanismo del danno da fatica da contatto è relativamente matura, ma le ruote nell'uso effettivo in condizioni di lavoro sono molto diverse ed è difficile utilizzare una teoria per spiegarle.

I fattori che influenzano il danno da fatica da contatto delle ruote si concentrano principalmente sul materiale stesso e sulle condizioni esterne.Per quanto riguarda il materiale stesso, rafforzare la promozione della tecnologia di fusione sotto vuoto nell'industria metallurgica, per evitare che nel processo di produzione delle materie prime si infiltrino nella ruota impurità sfavorevoli (come S, P, ossidi, nitruri, ecc.) , ma può anche essere mirato ad aggiungere alcuni elementi favorevoli (come Si, Mn, V, ecc.), ridurre il contenuto di corpo carbonico nel materiale, il rapporto di durezza perlite-ferrite, ecc., per effettuare un controllo efficace.Con la premessa dell'attenzione a questi fattori, l'uso della pallinatura, della cementazione e della nitrurazione della superficie della ruota;e l'uso di durezza e tenacità adeguate del materiale può migliorare efficacemente la durata a fatica da contatto volvente della ruota.