Технологія градієнтного зміцнення матеріалу Fishplate і рішення для покращення продуктивності суглобів у втомі
Які основні форми та причини втомного пошкодження з’єднань пластин?
Основні форми втомного пошкодження пластинчастих з’єднань включають три типи: тріщини навколо болтових отворів, знос контактної поверхні та злам тіла. Тріщини навколо болтових отворів є найпоширенішою формою пошкодження. Причина полягає в тому, що коефіцієнт концентрації напруги в отворах під болти досягає 3,0, і під дією змінних навантажень коліс-рейок навколо отворів спочатку з’являться втомні тріщини. Причина зносу контактної поверхні полягає в тому, що зміщення рейки в місці з’єднання викликає відносне ковзання між пластиною та рейкою. Тертя ковзання спричинить відшарування металу на контактній поверхні. Коли глибина зносу перевищує 0,5 мм, це вплине на ступінь підгонки з’єднання. Причиною руйнування тіла є недостатня втомна стійкість матеріалу пластини. Коли тріщина поширюється до критичної довжини, пластина зазнає раптового руйнування. Такого роду пошкодження здебільшого трапляються в місцях з’єднання важких-канатів. Втомне пошкодження з’єднань пластин також тісно пов’язане з процесом встановлення. Недостатній момент затягування болтів призведе до збільшення зазорів між з’єднаннями та посилення концентрації напружень; надмірний крутний момент призведе до пластичної деформації пластини і знизить її опір втомі. Крім того, фактори навколишнього середовища також є важливими стимулами для пошкодження. Корозія в берегових лініях прискорить поширення тріщин, а низька температура в альпійських лініях знизить міцність пластин і збільшить ризик розлому.
Який основний технічний принцип градієнтного зміцнення матеріалу рибної пластини?
Основний технічний принцип градієнтного зміцнення матеріалу пластини полягає в скоординованому покращенні в’язкості матриці та міцності поверхні. Завдяки композитному процесу «загартування матриці та відпустка + обробка поверхневого зміцнення» на пластині, пластина формує градієнтний розподіл продуктивності. Матрична обробка загартування та відпустки використовує процес «загартування + високо-температурний відпуск». Рибна плита нагрівається до 860-880 градусів для загартування, а потім загартовується при 580-600 градусів для високої температури, щоб матриця отримала структуру загартованого сорбіту, яка має чудову міцність і ударостійкість. Енергія удару індексу міцності більше або дорівнює 50 Дж (-20 градусів). Обробка поверхневого зміцнення використовує процес індукційного загартування, який локально нагріває деталі концентрації напруги, такі як контактна поверхня та периферія болтового отвору пластини. Температура нагрівання контролюється на рівні 900-920 градусів, а потім швидко охолоджується, так що поверхня утворює структуру загартованого мартенситу товщиною 2-3 мм, твердість поверхні може досягати HRC55-60, що значно покращує зносостійкість і стійкість до втоми поверхні. Ключем до посилення градієнта є контроль продуктивності перехідного шару. Товщина перехідного шару контролюється на рівні 1-2 мм, щоб забезпечити плавний перехід характеристик між матрицею та поверхнею, уникаючи нової концентрації напруги, викликаної раптовими змінами продуктивності. Завдяки обробці з градієнтним зміцненням пластина може одночасно відповідати подвійним вимогам щодо «ударної стійкості матриці та зносостійкості поверхні», адаптуючись до складного середовища навантаження на з’єднання.
Які технологічні заходи для посилення зносостійкості контактних поверхонь пластини?
Технологічні заходи для зміцнення зносостійкості контактних поверхонь пластини в основному включають три типи: індукційне зміцнення, зварювання плазмовим розпиленням і азотування поверхні. Індукційне загартування є найбільш часто використовуваним процесом. Він нагріває контактну поверхню за допомогою електромагнітної індукції, підвищує твердість поверхні вище HRC55, а зносостійкість більш ніж у 3 рази вища, ніж у необроблених пластин, які можуть ефективно протистояти ковзанню зносу контактної поверхні. Процес зварювання плазмовим розпиленням розпилює порошок сплаву на основі заліза-на контактну поверхню, товщина шару зварювання розпиленням контролюється на рівні 3-4 мм, твердість може досягати HRC60-65, а зносостійкість у 2 рази вища, ніж у процесі індукційного загартування, що підходить для зміцнення пластин у великовантажних лініях. Процес поверхневого азотування використовує метод газового азотування. При температурі 520-540 градусів атоми азоту проникають на поверхню пластини для утворення азотованого шару товщиною 0,3-0,5 мм, твердість поверхні може досягати HV900-1000. Азотований шар має відмінну зносостійкість і стійкість до корозії, що підходить для рибних пластин у прибережних корозійних середовищах. Незалежно від обраного процесу контактну поверхню потрібно попередньо обробити. Накип оксиду на поверхні та дефекти видаляються шліфуванням, а шорсткість поверхні контролюється нижче Ra1,6 мкм, щоб забезпечити ефект процесу зміцнення. Після зміцнення необхідно перевірити точність контактної поверхні, щоб переконатися, що площинність і точність розмірів контактної поверхні відповідають проектним вимогам і не впливають на ступінь підгонки з’єднання.
Яка конструкція та технологічна схема зміцнення опору втоми отворів під болти рибоподібної пластини?
Розробка та технологічна схема зміцнення опору втоми отворів під болти з рибоподібними пластинами використовує комбіновану стратегію «оптимізації форми отвору + зміцнення периферії отвору». Оптимізація форми отвору змінює традиційний круглий отвір на еліптичний, а напрямок довгої осі еліпса узгоджується з напрямком напруги, що може зменшити коефіцієнт концентрації напруги навколо отвору з 3,0 до нижче 1,5, значно зменшуючи ймовірність утворення тріщин. Для стандартних пластин, форму отвору яких неможливо змінити, використовується процес зміцнення периферії отвору. Внутрішня стінка отвору для болта прокатується холодним-накатним інструментом для формування залишкового шару напруги стиску товщиною 0,2-0,3 мм навколо отвору. Значення залишкової напруги стиску може досягати від -300 МПа до -400 МПа, що може ефективно компенсувати вплив змінного напруження розтягування та затримати поширення тріщин навколо отвору. Зміцнення периферії отвору також може використовувати процес лазерного гасіння для локального гасіння периферії отвору для утворення загартованого кільця шириною 5-8 мм. Твердість загартованого кільця може досягати вище HRC55, що покращує зносостійкість і стійкість до втоми периферії отвору. Проектна схема також повинна враховувати точність підгонки між отвором під болт і болтом, приймаючи перехідну підгонку, а зазор підгонки контролюється на рівні 0,05-0,1 мм, щоб уникнути концентрації напруги, спричиненої надмірним зазором. Після реалізації технологічної схеми необхідні випробування на втому, щоб перевірити стійкість до втоми отворів під болти, щоб переконатися у відсутності тріщин навколо отворів під 1 мільйоном знакозмінних навантажень.
Які основні показники та стандарти оцінки для виявлення втоми з’єднань пластин?
Основні індикатори для виявлення втомної роботи з’єднань пластин включають три категорії: довговічність у втомі, напруга навколо отворів для болтів і знос контактної поверхні. Виявлення втомленого ресурсу використовує стенд для випробувань на втому з’єднань для імітації ударних навантажень кол-рейок. З’єднання пластин для високошвидкісних залізничних ліній мають витримувати 5 мільйонів циклів навантаження без пошкоджень, для важких-магістральних ліній мають витримувати 3 мільйони циклів навантажень без пошкоджень, а для звичайних-швидкісних ліній мають витримувати 2 мільйони циклів навантажень без пошкоджень. Для визначення напруги навколо отворів для болтів використовується метод випробування тензодатчиком. Навколо отворів наклеєні тензодатчики для вимірювання значення напруги при змінних навантаженнях. Значення напруги має бути нижчим за межу втоми матеріалу пластини, а коефіцієнт концентрації напруги менше або дорівнює 1,5. Виявлення зносу контактної поверхні вимірюється за допомогою профілювача. Після моделювання циклів навантаження глибина зносу контактної поверхні менше або дорівнює 0,2 мм кваліфікується, щоб гарантувати, що ступінь підгонки з’єднання не змінюється. Стандарт оцінки полягає в тому, що всі показники виявлення відповідають стандартам, втомна довговічність з’єднання пластини відповідає проектним вимогам, а рівень кваліфікації тієї ж партії пластин більше або дорівнює 98%. Крім того, також необхідно визначити такі показники, як точність розмірів і розподіл твердості пластини, щоб забезпечити ефект процесу градієнтного зміцнення. Невідповідну продукцію потрібно переробити або утилізувати, щоб забезпечити безпеку інженерних застосувань.