Technológia na zosilnenie gradientu materiálu Fishplate a riešenie na zlepšenie výkonnosti pri únave kĺbov
Aké sú hlavné formy a príčiny únavového poškodenia kĺbov rybiny?
Medzi hlavné formy únavového poškodenia spojov rybín patria tri typy: praskliny okolo otvorov pre skrutky, opotrebovanie kontaktného povrchu a zlomenina tela. Praskliny okolo otvorov pre skrutky sú najbežnejšou formou poškodenia. Príčinou je, že faktor koncentrácie napätia v otvoroch pre skrutky je až 3,0 a pri pôsobení striedavého zaťaženia kolesa-koľajnice sa najskôr okolo otvorov iniciujú únavové trhliny. Príčinou opotrebovania styčnej plochy je to, že posun koľajnice v spoji spôsobuje relatívne kĺzanie medzi príchytkou a koľajnicou. Klzné trenie spôsobí odlupovanie kovu na kontaktnom povrchu. Keď hĺbka opotrebovania presiahne 0,5 mm, ovplyvní to stupeň lícovania spoja. Príčinou lomu telesa je nedostatočná únavová odolnosť materiálu rybieho plátu. Keď sa trhlina rozšíri do kritickej dĺžky, dôjde k náhlemu prasknutiu rybieho plátu. K tomuto druhu poškodenia väčšinou dochádza na spojovacích častiach liniek{11}}ťažkej prepravy. S procesom montáže úzko súvisí aj únavové poškodenie spojov rybieho plechu. Nedostatočný krútiaci moment skrutky povedie k zvýšeniu medzier v spojoch a zvýšenej koncentrácii napätia; nadmerný krútiaci moment povedie k plastickej deformácii spojky a zníži jej odolnosť proti únave. Okrem toho sú dôležitými stimulmi pre poškodenie aj environmentálne faktory. Korózia v pobrežných líniách urýchli šírenie trhlín a nízka teplota v alpských líniách zníži húževnatosť rybích plátov a zvýši riziko prasknutia.
Aký je hlavný technický princíp zosilnenia gradientu materiálu rybieho plátu?
Hlavným technickým princípom gradientového spevnenia materiálu rybieho plátu je dosiahnuť koordinované zlepšenie húževnatosti matrice a povrchovej pevnosti. Prostredníctvom kompozitného procesu "opracovanie matrice kalením a popúšťaním + povrchové kalenie" na rybej doštičke vytvára rybia doštička gradientnú distribúciu výkonu. Ošetrenie kalením a popúšťaním matrice využíva proces „kalenie + vysokoteplotné popúšťanie{4}}“. Rybacia doska sa zahreje na 860-880 stupňov na kalenie a potom sa temperuje na 580-600 stupňov na vysokú teplotu, takže matrica získa temperovanú sorbitovú štruktúru, ktorá má vynikajúcu húževnatosť a odolnosť proti nárazu. Energia nárazu indexu húževnatosti je väčšia alebo rovná 50 J (-20 stupňov). Ošetrenie povrchového kalenia využíva proces indukčného kalenia, ktorý lokálne zahrieva časti koncentrácie napätia, ako je kontaktný povrch a obvod otvoru pre skrutku. Teplota ohrevu sa reguluje na 900-920 stupňov a potom sa rýchlo ochladí, takže povrch tvorí temperovanú martenzitovú štruktúru s hrúbkou 2-3 mm, tvrdosť povrchu môže dosiahnuť HRC55-60, čo výrazne zlepšuje odolnosť povrchu proti opotrebeniu a únave. Kľúčom gradientového posilňovania je kontrola výkonu prechodovej vrstvy. Hrúbka prechodovej vrstvy je riadená na 1-2 mm, aby sa dosiahol hladký prechod výkonu medzi matricou a povrchom, čím sa zabráni novej koncentrácii napätia spôsobenej náhlymi zmenami výkonu. Prostredníctvom gradientového spevňujúceho ošetrenia môže rybí platňa spĺňať dvojité výkonnostné požiadavky „odolnosť proti nárazu matrice a odolnosť proti opotrebeniu povrchu“ súčasne, pričom sa prispôsobuje komplexnému namáhaniu spoja.
Aké sú procesné opatrenia na zosilnenie odolnosti kontaktných povrchov rybej platničky proti opotrebovaniu?
Procesné opatrenia na zosilnenie odolnosti kontaktných povrchov rybieho plechu proti opotrebeniu zahŕňajú hlavne tri typy: indukčné kalenie, zváranie plazmovým striekaním a povrchová nitridácia. Indukčné kalenie je najčastejšie používaný proces. Ohrieva kontaktný povrch prostredníctvom elektromagnetickej indukcie, zvyšuje tvrdosť povrchu nad HRC55 a odolnosť proti opotrebovaniu je viac ako 3-krát vyššia ako u neošetrených rybích doštičiek, ktoré môžu účinne odolávať klznému opotrebovaniu kontaktného povrchu. Proces zvárania plazmovým rozprašovaním rozprašuje na kontaktný povrch zliatinový prášok na báze železa{5}}, hrúbka vrstvy na zváranie rozprašovaním je regulovaná na 3-4 mm, tvrdosť môže dosiahnuť HRC60-65 a odolnosť proti opotrebeniu je 2-krát vyššia ako pri procese indukčného kalenia, ktorý je vhodný na spevnenie rybích plátov na ťažkých tratiach. Proces povrchovej nitridácie využíva metódu plynovej nitridácie. Pri teplote 520-540 stupňov sú atómy dusíka infiltrované do povrchu rybieho plátu za vzniku nitridovanej vrstvy s hrúbkou 0,3-0,5 mm, povrchová tvrdosť môže dosiahnuť HV900-1000. Nitridovaná vrstva má vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu a korózii, čo je vhodné pre rybie platne v pobrežných korozívnych prostrediach. Bez ohľadu na použitý postup je potrebné kontaktnú plochu vopred upraviť. Povrchové oxidové šupiny a defekty sú odstránené brúsením a drsnosť povrchu je riadená pod Ra1,6 μm, aby sa zabezpečil účinok procesu spevňovania. Po spevnení je potrebné otestovať presnosť kontaktného povrchu, aby sa zabezpečilo, že rovinnosť a rozmerová presnosť kontaktného povrchu spĺňa konštrukčné požiadavky a zabráni sa ovplyvneniu stupňa lícovania spoja.
Aký je návrh a schéma procesu na zosilnenie odolnosti proti únave otvorov pre skrutkové spoje?
Návrh a procesná schéma na zosilnenie odolnosti proti únave otvorov pre skrutky v krídlovom plechu využíva kombinovanú stratégiu „optimalizácia tvaru otvoru + spevnenie obvodu otvoru“. Optimalizácia tvaru otvoru mení tradičný kruhový otvor na eliptický otvor a smer dlhej osi elipsy je v súlade so smerom napätia, čo môže znížiť faktor koncentrácie napätia okolo otvoru z 3,0 na menej ako 1,5, čo výrazne znižuje pravdepodobnosť iniciácie trhliny. Pre štandardné doštičky, ktorých tvar otvoru nemožno zmeniť, sa používa proces spevnenia obvodového valcovania. Vnútorná stena otvoru pre skrutku je valcovaná za studena-valcovacím nástrojom, aby sa vytvorila vrstva zvyškového tlakového napätia s hrúbkou 0,2 až 0,3 mm okolo otvoru. Hodnota zvyškového tlakového napätia môže dosiahnuť -300MPa až -400MPa, čo môže účinne kompenzovať účinok striedavého ťahového napätia a oddialiť šírenie trhlín okolo otvoru. Spevnenie obvodu otvoru môže tiež prijať proces laserového kalenia na lokálne ochladenie obvodu otvoru pre skrutku, aby sa vytvoril tvrdený krúžok so šírkou 5-8 mm. Tvrdosť kaleného krúžku môže dosiahnuť nad 55 HRC, čo zlepšuje odolnosť proti opotrebovaniu a únave obvodu otvoru. Konštrukčná schéma musí tiež brať do úvahy presnosť lícovania medzi otvorom pre skrutku a skrutkou, pričom sa používa prechodové uloženie a medzera lícovania je riadená na 0,05-0,1 mm, aby sa zabránilo koncentrácii napätia spôsobenej nadmernou medzerou. Po implementácii procesnej schémy sú potrebné únavové testy na overenie únavovej odolnosti otvorov pre skrutky, aby sa zabezpečilo, že v okolí otvorov nie sú žiadne trhliny pri 1 milióne striedavých zaťažení.
Aké sú hlavné indikátory a hodnotiace štandardy pre detekciu únavového výkonu spojov rybích platničiek?
Hlavné indikátory na detekciu únavového výkonu spojov s prírubou zahŕňajú tri kategórie: únavová životnosť, napätie okolo otvorov pre skrutky a opotrebenie kontaktného povrchu. Detekcia únavovej životnosti využíva skúšobnú stolicu na únavový test na simuláciu zaťaženia kolesa-koľajnice. Spoje pre vysokorýchlostné-železničné trate musia prejsť 5 miliónmi zaťažovacích cyklov bez poškodenia, spoje pre ťažké{5}}dopravné trate musia prejsť 3 miliónmi zaťažovacích cyklov bez poškodenia a spoje pre bežné-rýchlostné trate musia prejsť 2 miliónmi zaťažovacích cyklov bez poškodenia. Detekcia napätia okolo otvorov pre skrutky využíva metódu testu tenzometra. Okolo otvorov sú nalepené tenzometre na meranie hodnoty napätia pri striedavom zaťažení. Hodnota napätia musí byť nižšia ako medza únavy materiálu rybieho plechu a faktor koncentrácie napätia je menší alebo rovný 1,5. Detekcia opotrebovania kontaktnej plochy je meraná profilerom. Po simulácii zaťažovacích cyklov je kvalifikovaná hĺbka opotrebovania kontaktnej plochy menšia alebo rovná 0,2 mm, aby sa zabezpečilo, že nebude ovplyvnený stupeň lícovania spoja. Hodnotiacim štandardom je, že všetky detekčné indikátory spĺňajú normy, únavová životnosť spoja rybieho plechu spĺňa konštrukčné požiadavky a miera kvalifikácie tej istej šarže pripojovacích dosiek je väčšia alebo rovná 98 %. Okrem toho je tiež potrebné zistiť ukazovatele, ako je rozmerová presnosť a rozloženie tvrdosti rybieho plátu, aby sa zabezpečil účinok procesu gradientového spevňovania. Nekvalifikované produkty je potrebné prepracovať alebo zlikvidovať, aby sa zaistila bezpečnosť inžinierskych aplikácií.