Tryckplattamaterial, värmebehandling, trötthet

Vad tryckplattan bär

Tryckplattan sitter mellan skenbasen och slipern eller bottenplattan, sprider fästsystemets klämkraft över rälsfoten och hjälper till att hålla skenan i sidled. Den ser ett fluktuerande belastningsspektrum: varje hjulpassering lägger till en kompressionspuls och böjning lägger till sidoböjning. En platta som tappar styrka eller utvecklar en spricka ändrar lastfördelningen av hela fästsatsen, och skenan börjar röra sig under den. Utmattningsbeständighet, förmågan att överleva miljontals belastningscykler utan att spricka, är därför den primära designegenskapen för plåtmaterialet, och det skapas i värmebehandlingsugnen, inte i ritningskontoret. De två stålfamiljerna som används, C45 mellankolstål och 60Si2Mn fjäderstål, är valda av exakt denna anledning: båda svarar bra på värmebehandling, och processvägen avgör om plåten fungerar i åratal eller misslyckas på månader.

Släck och temperament kontra normalisering för C45

Släckning och härdning bildar härdad sorbit, en struktur som kombinerar hög hållfasthet med seghet, så att plattan motstår både den omväxlande kompressionen av tåglaster och stöten från hjulplattor. Den normaliserade strukturen, perlit plus ferrit, har lägre seghet, och utmattningssprickor initieras tidigt vid spänningskoncentrationspunkter som hålkanter och sektionshörn. Skillnaden i utmattningsgräns, 250 MPa mot 180 MPa, översätts direkt till liv: under samma belastningsspektrum håller den normaliserade plattan bara cirka 60 procent så länge. För en komponent som sitter i spår i åratal, återvinns den extra kostnaden för härdnings- och tempereringsvägen många gånger om i inspektions- och ersättningskostnad.

Ythärdning av 60Si2Mn plattor

Där plattan även måste motstå nötning från rälsfoten är fjäderstålsorten 60Si2Mn ythärdad genom induktionsvärmning och snabb kylning. Ytan når HRC 45 till 50 med ett tätt martensitisk lager, vilket ökar slitstyrkan mer än två gånger. Viktigare för utmattning är att det härdade ytskiktet bär kvarvarande tryckspänning som tar bort en del av dragböjspänningen från tåglaster, vilket höjer utmattningsgränsen med 25 till 30 procent. Strukturen är medvetet två-lager: ett hårt-nötningsbeständigt skal på utsidan och en tuff härdad kärna inuti, varför designen kallas hård utsida och hård inuti. Denna kombination gör yt-härdade 60Si2Mn-plåtar till det föredragna valet för tunga-draglinor, där nötning och utmattning samverkar. Härddjupet och kärnhårdheten måste båda specificeras, eftersom ett för tunt hölje slits igenom och en för hård kärna förlorar seghet.

Släck sprickor och deras förebyggande

Släcksprickor är den klassiska värmebehandlingsdefekten och de kommer av tre orsaker. För det första skapar för snabb uppvärmning en stor temperaturskillnad mellan yta och kärna och hög termisk spänning. För det andra låter för snabb kylning i kylningen omvandlingsspänningen från austenit till martensit överstiga stålets lokala hållfasthet. För det tredje fungerar skarpa hörn och hålkanter utan avfasningar som spänningskoncentratorer där transformationsspänningen avlastas. De förebyggande åtgärderna är standard: värm upp i steg så att temperaturskillnaden förblir liten, släck i ett graderat medium som ett nitratbad för att bromsa nedkylningen, och fasa av varje skarpt hörn och hålkant med en radie på 0,5 mm eller mer innan härdning. En platta med en släckspricka är skrot, eftersom sprickan öppnar sig under belastning och växer till utmattningsbrott, så kostnaden för förebyggande är långt under kostnaden för defekten.

Acceptans av hårdhet och faran med felaktiga värden

Hårdhet är butiks-golvporten för värmebehandlingskvalitet. En härdad och härdad C45-platta ska mäta HRC 22 till 28 och en ythärdad 60Si2Mn-platta HRC 45 till 50 på ytan. Om hårdheten är för hög, över HRC 55, blir plåten spröd: slagsegheten sjunker med mer än 40 procent och plåten kan spricka vid stötbelastning, med risken högst vid låga vintertemperaturer. Om hårdheten är för låg, under HRC 35, är hållfastheten och slitstyrkan otillräcklig, plåten deformeras plastiskt vid sidoskena belastning, ett steg bildas på kontaktytan och skenan börjar krypa i sidled och vidga profilen. Båda fellägena förkortar plattans livslängd och destabiliserar fästsystemet, varför acceptanstestet inkluderar hårdhetsmätning på ett definierat antal delar per batch.

Fältkontroller på installerade plattor

På plats kontrolleras värmebehandlingstillståndet utan laboratorieutrustning. En bärbar Rockwell hårdhetstestare mäter ythårdheten och bekräftar bandet, HRC 22 till 28 för kyld och härdad C45 och HRC 45 till 50 för ythärdad 60Si2Mn. Ytan undersöks med avseende på sprickor, avkolning och deformation; någon av dessa förkastar plattan. Erfarna inspektörer använder också ljudtestet: en släckt och härdad platta ringer med en djup ton, en ythärdad platta med en skarp ton och en hes ton tyder på en inre spricka. När en sats misstänks tas prover för slagseghetstestning för att bekräfta värmebehandlingen innan plattorna släpps till spår. Samma kontroller gäller för inkommande varor och en köpare bör ange hårdhetsfönstret, provtagningsfrekvensen och testmetoden i det tekniska avtalet.

Varför är härdning och härdning bättre än normalisering för tryckplattor?

Eftersom det bildar härdat sorbit, som kombinerar styrka med seghet. Utmattningsgränsen stiger från cirka 180 MPa till 250 MPa och livslängden ungefär fördubblas jämfört med en normaliserad plåt av samma stål.

Vilken hårdhet ska en tryckplatta ha?

En härdad och härdad C45-platta ska vara HRC 22 till 28 och en ythärdad 60Si2Mn-platta HRC 45 till 50 på ytan. Värden över HRC 55 riskerar spröd fraktur och under HRC 35 riskerar plastisk deformation.

Hur undviks släcksprickor?

Genom stegvis uppvärmning, graderad härdning i nitratbad och fasning av varje skarpt hörn och hålkant med en radie på 0,5 mm eller mer. Fasningarna tar bort spänningskoncentrationspunkterna där transformationsspänningar spricker stålet.

Vad händer om plattan är för hård?

Plåten blir skör, med slagsegheten minskad med mer än 40 procent. Den kan spricka vid tågkollisionsbelastning och risken är högst i kalla vinterförhållanden, så hårdhet över HRC 55 förkastas vid acceptans.

Hur kontrolleras värmebehandlingens kvalitet på plats?

Med en bärbar Rockwell-hårdhetstestare mot angivet fönster, en visuell kontroll av sprickor och avkolning och ljudtest med en hammare. En hes ton indikerar en inre spricka, och misstänkta partier går till slagseghetstestning.

C45 eller 60Si2Mn, vilket material för tunga-dragplåtar?

60Si2Mn med ythärdning är det tunga-valet: HRC 45 till 50-ytan motstår nötning av rälsfot, och den kvarvarande tryckspänningen höjer utmattningsgränsen med 25 till 30 procent medan den sega kärnan förhindrar brott.