Tối ưu hóa quy trình xử lý nhiệt tấm cá và Đề án tăng cường độ bền mỏi của mối nối đường ray
Cơ chế hư hỏng do mỏi và các yếu tố ảnh hưởng chính của khớp nối bản cá là gì?
Cơ chế phá hủy mỏi của khớp nối tấm cá làsự hình thành và lan truyền vết nứt dưới ứng suất xen kẽ. Trong quá trình vận hành tàu, có sự thay đổi độ cứng nhất định ở mối nối ray. Tải trọng ray-của bánh xe được truyền tới tấm cá thông qua ray, làm cho tấm cá chịu các ứng suất kéo và nén xen kẽ xung quanh các lỗ bu lông và ở các đầu. Các vết nứt vi mô đầu tiên bắt đầu ở vùng tập trung ứng suất, và các vết nứt vi mô tiếp tục lan truyền dưới tác dụng của ứng suất xen kẽ. Khi chiều dài vết nứt đạt đến giá trị tới hạn, tấm cá sẽ bị gãy. Các yếu tố ảnh hưởng chính bao gồm ba khía cạnh: thứ nhất,yếu tố hiệu suất vật liệu. Nếu thép 45# thường được sử dụng cho tấm cá không được xử lý nhiệt hợp lý thì độ bền kéo và độ dẻo dai của nó không đủ và dễ xảy ra các vết nứt ở những khu vực tập trung ứng suất; thứ hai,yếu tố cấu trúc. Vùng ngoại vi của các lỗ bu lông và các đầu của tấm cá là vùng tập trung ứng suất. Nếu chu vi của các lỗ không được vát cạnh thì hệ số tập trung ứng suất sẽ tăng lên rất nhiều, làm tăng tốc độ hình thành vết nứt; thứ ba,yếu tố quá trình. Các thông số quá trình xử lý nhiệt không hợp lý, chẳng hạn như nhiệt độ dập tắt quá thấp và thời gian ủ không đủ, sẽ dẫn đến cấu trúc kim loại không đồng đều của tấm cá, ứng suất dư và giảm khả năng chống mỏi. Ngoài ra, tình trạng bảo trì của dây chuyền cũng sẽ ảnh hưởng đến hiện tượng mỏi. Chênh lệch chiều cao quá mức ở mối nối đường ray sẽ làm tăng thêm ứng suất của tấm cá và rút ngắn tuổi thọ sử dụng.
Các thông số quy trình cốt lõi và phương pháp tối ưu hóa quá trình xử lý nhiệt tôi và tôi cho tấm cá là gì?
Quá trình cốt lõi của quá trình xử lý nhiệt làm nguội và ủ cho tấm cá làlàm nguội + ủ ở nhiệt độ-cao. Các thông số quá trình cốt lõi bao gồm năm khía cạnh: nhiệt độ làm nguội, thời gian giữ, tốc độ làm mát, nhiệt độ ủ và thời gian ủ. Đối với tấm thép 45 #, phạm vi nhiệt độ làm nguội tối ưu là 830-850 độ. Nhiệt độ quá thấp sẽ dẫn đến quá trình austenit hóa không đủ, và cấu trúc kim loại sẽ có ferit không hòa tan, làm giảm độ bền của tấm cá; nhiệt độ quá cao sẽ dẫn đến hạt thô và giảm độ dẻo dai. Thời gian giữ được điều chỉnh theo độ dày của tấm cá. Đối với các tấm cá có độ dày 20mm, thời gian giữ được tối ưu hóa là 60-90 phút để đảm bảo austenit hóa hoàn toàn bên trong vật liệu. Tốc độ làm mát áp dụng phương pháplàm mát bằng nước và làm mát dầu. Tấm cá đã được làm nguội trước tiên được làm nguội đến 300 độ trong nước, sau đó được chuyển sang dầu để làm mát. Phương pháp này có thể làm giảm ứng suất dập tắt và tránh làm nứt tấm cá. Nhiệt độ ủ được tối ưu hóa ở mức 550-580 độ và thời gian ủ được tối ưu hóa ở mức 120-150 phút. Ủ ở nhiệt độ cao có thể biến cấu trúc kim loại thành sorbite được tôi luyện, vừa có độ bền cao vừa có độ dẻo dai cao, đồng thời có thể cải thiện đáng kể khả năng chống mỏi. Phương pháp tối ưu hóa áp dụng phương pháp thử nghiệm trực giao, lấy độ bền kéo và độ bền va đập làm chỉ số đánh giá, đồng thời tối ưu hóa sự kết hợp của năm tham số quy trình để cuối cùng xác định tổ hợp tham số tối ưu, sao cho độ bền kéo của tấm cá Lớn hơn hoặc bằng 650MPa và độ bền va đập Lớn hơn hoặc bằng 30J/cm2.
Quá trình xử lý tăng cường bề mặt và chức năng của ngoại vi lỗ bu lông tấm cá là gì?
Việc xử lý tăng cường bề mặt của ngoại vi lỗ bu lông tấm cá áp dụng một quy trình tổng hợp gồmtăng cường cán + xử lý cacbon hóa. Tăng cường lăn là quá trình đầu tiên. Một dụng cụ lăn đặc biệt được sử dụng để tạo áp lực lên bề mặt xung quanh lỗ bu lông, gây biến dạng dẻo trên bề mặt xung quanh lỗ, tạo thành một-lớp cứng với độ dày 0,2-0,3mm. Độ cứng của lớp được làm cứng{19}}của công việc có thể đạt HV350 trở lên, cao hơn 30% so với độ cứng của ma trận. Tăng cường lăn cũng có thể làm giảm độ nhám bề mặt xung quanh lỗ xuống dưới Ra0.8 và giảm nguồn tập trung ứng suất. Xử lý cacbon hóa là quá trình thứ hai. Tấm cá cuộn được đặt trong lò cacbon hóa và giữ ở nhiệt độ 920-940 độ trong 4-6 giờ để cho phép các nguyên tử carbon xâm nhập vào bề mặt xung quanh lỗ. Độ dày của lớp cacbon hóa được kiểm soát ở mức 0,8-1,0mm và hàm lượng carbon của lớp cacbon hóa là 0,8% -1,0%. Sau khi xử lý cacbon hóa, cần ủ ở nhiệt độ thấp ở nhiệt độ 180-200 độ trong 60 phút để loại bỏ ứng suất dư tạo ra trong quá trình cacbon hóa. Quá trình tăng cường composite có hai chức năng chính: thứ nhất, nó cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của bề mặt xung quanh lỗ, ngăn ngừa ma sát và mài mòn giữa bu lông và ngoại vi lỗ; thứ hai, nó tạo thành ứng suất nén dư trên bề mặt xung quanh lỗ, có thể bù đắp một phần ứng suất kéo xen kẽ, giảm khả năng bắt đầu vết nứt và tăng độ bền mỏi của tấm cá lên hơn 40%.
Điểm thiết kế khác biệt của quy trình xử lý nhiệt giữa tấm cá tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn nước ngoài là gì?
Thiết kế khác biệt của quy trình xử lý nhiệt giữa tấm cá tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn nước ngoài bắt nguồn từ sự khác biệt về vật liệu và yêu cầu dịch vụ của chúng. Tấm cá tiêu chuẩn quốc gia chủ yếu sử dụng thép 45 #, phù hợp với đường ray 60kg/m và 75kg/m tiêu chuẩn quốc gia, trong khi tấm cá tiêu chuẩn nước ngoài chủ yếu sử dụng thép C45E tiêu chuẩn Châu Âu, thích ứng với đường ray UIC60 và UIC54.Phân biệt quá trình dập tắt: Nhiệt độ làm nguội của tấm thép 45 # tiêu chuẩn quốc gia là 830-850 độ, sử dụng phương pháp làm nguội bằng nước và làm mát bằng dầu; nhiệt độ làm nguội của tấm thép C45E tiêu chuẩn nước ngoài là 820-840 độ, sử dụng làm mát bằng không khí. Do thép C45E có độ cứng tốt hơn nên có thể thu được cấu trúc martensite đồng nhất bằng cách làm mát bằng không khí, tránh nguy cơ nứt do làm mát bằng nước.Phân biệt quá trình ủ: Nhiệt độ ủ của tấm cá tiêu chuẩn quốc gia là 550-580 độ, và thời gian ủ là 120 phút, nhằm đạt được cấu trúc sorbite đã được tôi luyện; nhiệt độ ủ của tấm cá tiêu chuẩn nước ngoài là 520-550 độ, thời gian ủ là 150 phút, nhằm đạt được cấu trúc troostite được tôi luyện, có độ bền cao hơn và phù hợp với nhu cầu của dây chuyền vận tải hạng nặng Châu Âu.Sự khác biệt tăng cường bề mặt: Tấm cá tiêu chuẩn quốc gia áp dụng quy trình tăng cường hỗn hợp cán + cacbon hóa; Tấm cá tiêu chuẩn nước ngoài áp dụng quy trình tăng cường mài mòn bắn, có thể hình thành ứng suất nén dư trên bề mặt tổng thể của tấm cá, phù hợp hơn với chế độ bảo trì của dây chuyền Châu Âu.
Các hạng mục thử nghiệm và tiêu chuẩn chấp nhận đối với chất lượng xử lý nhiệt của tấm cá là gì?
Các hạng mục kiểm tra chất lượng xử lý nhiệt của tấm cá bao gồm bốn hạng mục cốt lõi:kiểm tra cấu trúc kim loại, kiểm tra tính chất cơ học, kiểm tra độ cứng bề mặt và kiểm tra ứng suất dư. Kiểm tra cấu trúc kim loại sử dụng kính hiển vi kim loại để quan sát cấu trúc vi mô của tấm cá. Cấu trúc đủ tiêu chuẩn của tấm cá tiêu chuẩn quốc gia là sorbite tôi luyện, loại kích thước hạt Lớn hơn hoặc bằng 8, và không được phép sử dụng hạt ferrite hoặc hạt thô trong mạng; cấu trúc đủ điều kiện của tấm cá tiêu chuẩn nước ngoài là troostite được tôi luyện, loại kích thước hạt Lớn hơn hoặc bằng 7. Kiểm tra tính chất cơ học bao gồm độ bền kéo, cường độ năng suất, độ giãn dài và độ bền va đập. Đối với tấm cá tiêu chuẩn quốc gia, độ bền kéo Lớn hơn hoặc bằng 650MPa, cường độ chảy Lớn hơn hoặc bằng 355MPa, độ giãn dài Lớn hơn hoặc bằng 16%, độ bền va đập Lớn hơn hoặc bằng 30J/cm2; đối với tấm cá tiêu chuẩn nước ngoài, độ bền kéo Lớn hơn hoặc bằng 700MPa, cường độ chảy Lớn hơn hoặc bằng 400MPa, độ giãn dài Lớn hơn hoặc bằng 14%, độ bền va đập Lớn hơn hoặc bằng 25J/cm2. Kiểm tra độ cứng bề mặt sử dụng máy đo độ cứng Rockwell để phát hiện độ cứng xung quanh các lỗ bu lông. Độ cứng bề mặt của tấm cá tiêu chuẩn quốc gia là HRC28{17}}32 và độ cứng bề mặt của tấm cá tiêu chuẩn nước ngoài là HRC30-35. Kiểm tra ứng suất dư sử dụng dụng cụ đo ứng suất tia X để phát hiện ứng suất dư xung quanh các lỗ bu lông. Giá trị ứng suất nén dư phải lớn hơn hoặc bằng 100MPa và không cho phép ứng suất kéo dư. Tiêu chuẩn chấp nhận là tất cả bốn hạng mục kiểm tra đều đủ tiêu chuẩn. Tỷ lệ lấy mẫu của mỗi lô cá không nhỏ hơn 5%. Nếu có mặt hàng không đủ tiêu chuẩn thì phải lấy mẫu kép. Nếu vẫn không đủ tiêu chuẩn, toàn bộ lô hàng sẽ bị loại bỏ.