תקן לאומי טכנולוגיית בקרת טוהר חומרי מסילה ופתרון לשיפור עמידות בפני שחיקה של ראש מסילה
מהם הסיכונים ותקני הבקרה של זיהומי גופרית וזרחן בפלדה המותכת של מסילות תקן לאומיות?
זיהומי גופרית וזרחן בפלדה המותכת של מסילות סטנדרטיות לאומיות הם אלמנטים מזיקים הליבה המשפיעים על ביצועי המסילה. גופרית מתחברת עם ברזל ליצירת תכלילים גופרתיים ברזליים, הגורמים לשבירות חמה במהלך גלגול המסילה ומובילים למיקרו סדקים בתוך המסילה. זרחן מפחית בחדות את קשיחות הטמפרטורה-הנמוכה של המסילה, וגורם בקלות לשבר שביר בראש המסילה באזורים אלפיניים. לפי התקןרכבת לרכבת-מהירה(TB/T 3276), יש לשלוט על תכולת הגופרית של מסילות רכבת מהירות-בסטנדרטים לאומיים מתחת ל-0.005%, ותכולת הזרחן מתחת ל-0.010%. עבור מסילות מהירות-רגילות, תכולת הגופרית והזרחן צריכה להיות נמוכה מ-0.015% ו-0.025% בהתאמה. תכולת זיהומים מופרזת תפחית את חוזק המתיחה של המסילה ביותר מ-10% ותקצר את חיי העייפות בכ-30%, מה שמאיים מאוד על בטיחות הנהיגה. במהלך הייצור נדרש ספקטרומטר לניטור הרכב הפלדה המותכת בזמן אמת. ברגע שתכולת הטומאה עולה על הסף, הפרמטרים של תהליך הזיקוק מותאמים באופן מיידי כדי להבטיח שחומר המסילה עומד בתקנים. תקני בקרת טומאה קפדניים הם המפתח להבחנה בין מסילות סטנדרטיות לאומיות מפלדה רגילה והבסיס להבטחת הפעולה היציבה לטווח ארוך של המסילה.
מהם שלבי הליבה והתפקודים של תהליך הזיקוק החיצוני עבור מסילות סטנדרטיות לאומיות?
שלבי הליבה של תהליך הזיקוק החיצוני עבור מסילות סטנדרטיות לאומיות כוללים שלושה קישורים: זיקוק LF, הסרת גז ואקום VD וטיפול בהזנת תיל. זיקוק LF מגביר את טמפרטורת הפלדה המותכת באמצעות חימום קשת חשמלי, ומוסיף יוצרי סיגים כגון סיד כדי לספוג זיהומי גופרית וזרחן בפלדה המותכת, ולהשיג טיהור מקדים. קישור הסרת הגז בוואקום VD מציב את הפלדה המותכת בסביבת ואקום כדי להפחית את תכולת גזי המימן והחנקן בפלדה המותכת. יש לשלוט על תכולת המימן מתחת ל-2ppm כדי למנוע-סדקים הנגרמים על ידי מימן במסילה, דבר שחשוב במיוחד עבור מסילות רכבת{5}}מהירות. טיפול בהזנת חוט כולל הזנת-תיל ברזל סידן לתוך הפלדה המותכת. סידן מגיב עם תכלילים של אלומינה בפלדה המותכת ליצירת תרכובות נמוכות -התכה-, שקל לצוף ולהסיר אותן, מה שמשפר עוד יותר את טוהר הפלדה המותכת. תהליך הזיקוק החיצוני יכול להגביר את הטוהר של פלדה מותכת ליותר מ-99.95%, להפחית במידה ניכרת את מספר התכלילים השבירים ולספק חומר בסיס-איכותי גבוה לגלגול וטיפול בחום הבאים. היישום של תהליך זה יכול גם לייעל את המבנה המטאלוגרפי של המסילה, ליצור מבנה פרליט אחיד באזור ראש המסילה ולשפר את עמידות הבלאי.
מהם פרמטרי התהליך ועקרונות החיזוק של כיבוי פני השטח עבור ראש המסילה של מסילות סטנדרטיות לאומיות?
מרווה פני השטח של ראש המסילה הסטנדרטי הלאומי מאמצת את תהליך ההמרה-תוך תדר בינוני. הפרמטרים של תהליך הליבה כוללים טמפרטורת חימום, זמן החזקה וקצב קירור. יש לשלוט בטמפרטורת החימום ב-880-920 מעלות. טווח טמפרטורות זה יכול לחזק את שכבת פני השטח של ראש המסילה מבלי לגרום להתגבשות גרגרים. זמן ההחזקה מוגדר ל-30-60 שניות כדי להבטיח אוסטניטיזציה מלאה בעומק של 5-8 מ"מ של שכבת משטח ראש המסילה. קצב הקירור נשלט ב-15-20 מעלות/שניות באמצעות שיטת קירור ערפל מים בלחץ גבוה- כדי להפוך במהירות אוסטניט למבנה מרטנזיט מחוסמ. עקרון החיזוק שלו הוא יצירת שכבה מוקשה עם קשיות של עד HRC58-62 על פני ראש המסילה באמצעות חימום וקירור מהירים, בעוד שחלקו הפנימי של המסילה שומר על מבנה פרלייט בעל קשיחות טובה, ומשיג התאמה ביצועים של "קשה מבחוץ וקשוח מבפנים". לאחר כיבוי פני השטח של ראש המסילה, נדרש חיסום בטמפרטורה נמוכה ב-200-220 מעלות כדי למנוע מתח כיבוי ולהימנע מסדקים. לאחר כיבוי פני השטח, עמידות הבלאי של ראש המסילה הסטנדרטי הלאומי גדלה ביותר מפי 2, מה שיכול לעמוד בפני ההשפעה בתדר גבוה של אינטראקציה בין גלגל-מסילה לרכבת מהירה.
מהן שיטות הזיהוי ואינדיקטורים להערכת חיים עבור שחיקת ראשי מסילה של מסילות בתקן לאומי?
שיטות הזיהוי לבלאי ראשי מסילות של מסילות סטנדרטיות לאומיות מחולקות לזיהוי ידני וזיהוי אוטומטי. זיהוי ידני משתמש בסרגל בלאי ראש מסילה כדי למדוד את הבלאי האנכי והצדדי של ראש המסילה. מגבלת הבלאי האנכית של-מסילות רכבת במהירות גבוהה היא 6 מ"מ. בעת חריגה מהמגבלה, נדרשת שחיקה או החלפה בזמן. זיהוי אוטומטי משתמש במכונית בדיקת מסילה כדי לאסוף נתוני פרופיל ראשי מסילה בזמן אמת באמצעות טכנולוגיית סריקת לייזר, ומחשב את כמות הבלאי על ידי השוואה לפרופיל הסטנדרטי, עם דיוק זיהוי של עד 0.1 מ"מ, המתאים לזיהוי קווים בקנה מידה גדול.- אינדיקטורים הליבה להערכת חיי ראש המסילה כוללים קצב שחיקה, זמן תחילת סדקי עייפות ופיזור קשיות. יש לשלוט על קצב הבלאי השנתי של-מסילות{10}מהירה{13}}בטווח של 0.5 מ"מ לשנה, שניתן להרגיע ל-1.0 מ"מ לשנה עבור מסילות מהירות{13} רגילות. זמן התחלת סדקי עייפות הוא המפתח להערכת חיי המסילה. מסילות באיכות-לאומית באיכות גבוהה יפתחו סדקים מיקרו רק לאחר 5 שנות שירות, בעוד מסילות עם איכות חומר ירודה יגרמו סדקים תוך 1-2 שנים. מדד התפלגות הקשיות דורש קשיות אחידה של השכבה המוקשה של ראש המסילה, עם סטיית קשיות פחות או שווה ל-HRC2, הימנעות מבלאי יתר מקומי עקב קשיות לא אחידה.
מהי שיטת אימות המתאם בין טוהר החומר ועמידות בפני שחיקה של מסילות סטנדרטיות לאומיות?
אימות המתאם בין טוהר החומר ועמידות הבלאי של מסילות התקן הלאומי מאמץ שילוב של בדיקות מעבדה ובדיקות שירות בשטח. בבדיקות מעבדה, נבחרות דגימות מסילה בטהרות שונות, ותנאי תפעול הרכבת מדומים על גבי מכונה לבדיקת בלאי מסילה-. אותו עומס ומספר מחזורים מופעלים כדי להשוות את כמות הבלאי של הדגימות. התוצאות מראות כי על כל עלייה של 0.01% בטוהר הפלדה המותכת, עמידות הבלאי של המסילה עולה ב-5%-8%, מה שמראה מתאם חיובי משמעותי בין השניים. בדיקות שירות בשטח בוחרים מסילות בטהרות שונות מאותה אצווה, מניחים אותן באותו קטע קו, מזהות באופן קבוע את שחיקת ראש המסילה וסדקים, עם תקופת מעקב של 3 שנים. נתוני הבדיקה מראים שכמות הבלאי של מסילות בטוהר גבוהות- נמוכה ב-30% מזו של מסילות בטוהר רגילות, וזמן תחילת הסדק מתעכב ביותר משנתיים. אימות מתאם צריך גם לשלב ניתוח מטאלוגרפי כדי לצפות במספר והתפלגות של תכלילים במסילות בטהרות שונות. ככל שהתכלילים יהיו פחותים וקטנים יותר, כך התנגדות השחיקה של המסילה טובה יותר. באמצעות אימות, ניתן להבהיר את חוק ההשפעה של טוהר החומר על עמידות בפני שחיקה, תוך מתן תמיכה בנתונים לאופטימיזציה של תהליכי ייצור מסילות.