Optimalisasi Proses Perlakuan Panas Pelat Ikan dan Skema Peningkatan Kekuatan Kelelahan Sambungan Rel
Apa mekanisme kegagalan kelelahan dan faktor utama yang mempengaruhi sendi lempeng ikan?
Mekanisme kegagalan lelah pada sambungan fishplate adalahinisiasi dan perambatan retak pada tegangan bolak-balik. Selama pengoperasian kereta api, terjadi mutasi kekakuan tertentu pada sambungan rel. Beban roda-rel disalurkan ke pelat ikan melalui rel, menyebabkan pelat ikan menanggung tegangan bolak-balik tarik dan tekan yang berulang-ulang di sekitar lubang baut dan di ujungnya. Microcracks pertama kali dimulai di area konsentrasi tegangan, dan microcracks terus menyebar di bawah tekanan bergantian. Ketika panjang retakan mencapai nilai kritis, lempeng ikan akan retak. Faktor utama yang mempengaruhi meliputi tiga aspek: pertama,faktor kinerja material. Jika baja 45# yang biasa digunakan untuk pelat ikan tidak mengalami perlakuan panas yang wajar, kekuatan tarik dan ketangguhannya tidak mencukupi, dan retakan cenderung terjadi di area konsentrasi tegangan; Kedua,faktor struktural. Pinggiran lubang baut dan ujung pelat ikan merupakan area konsentrasi tegangan. Jika pinggiran lubang tidak dilubangi, faktor konsentrasi tegangan akan sangat meningkat, sehingga mempercepat permulaan retakan; ketiga,faktor proses. Parameter proses perlakuan panas yang tidak masuk akal, seperti suhu pendinginan yang terlalu rendah dan waktu temper yang tidak mencukupi, akan menyebabkan struktur metalografi pelat ikan tidak rata, tegangan sisa, dan berkurangnya ketahanan lelah. Selain itu, kondisi pemeliharaan saluran juga akan mempengaruhi kegagalan kelelahan. Perbedaan ketinggian yang berlebihan pada sambungan rel akan meningkatkan tegangan tambahan pada pelat ikan dan memperpendek masa pakai.
Apa saja parameter proses inti dan metode optimasi perlakuan panas quenching dan tempering untuk pelat ikan?
Proses inti dari perlakuan panas quenching dan tempering untuk pelat ikan adalahpendinginan +-temperatur suhu tinggi. Parameter proses inti mencakup lima aspek: suhu pendinginan, waktu penahanan, laju pendinginan, suhu temper, dan waktu temper. Untuk pelat ikan baja 45#, kisaran suhu pendinginan yang dioptimalkan adalah 830-850 derajat. Temperatur yang terlalu rendah akan menyebabkan austenitisasi yang tidak mencukupi, dan akan terdapat ferit yang tidak larut dalam struktur metalografi, sehingga mengurangi kekuatan lempeng ikan; suhu yang terlalu tinggi akan menyebabkan butiran menjadi kasar dan ketangguhannya berkurang. Waktu penahanan disesuaikan dengan ketebalan pelat ikan. Untuk pelat ikan dengan ketebalan 20 mm, waktu penahanan dioptimalkan hingga 60-90 menit untuk memastikan austenitisasi lengkap di dalam material. Laju pendinginan mengadopsi metodependinginan air dan pendinginan oli. Pelat ikan yang telah padam pertama-tama didinginkan hingga 300 derajat dalam air, kemudian dipindahkan ke minyak untuk pendinginan. Metode ini dapat mengurangi tekanan quenching dan menghindari retaknya pelat ikan. Suhu tempering dioptimalkan hingga 550-580 derajat, dan waktu tempering dioptimalkan hingga 120-150 menit. Temperatur suhu tinggi dapat mengubah struktur metalografi menjadi sorbit temper, yang memiliki kekuatan dan ketangguhan tinggi, serta dapat meningkatkan ketahanan lelah secara signifikan. Metode optimasi mengadopsi metode uji ortogonal, dengan kekuatan tarik dan ketangguhan impak sebagai indikator penilaian, dan mengoptimalkan kombinasi lima parameter proses untuk akhirnya menentukan kombinasi parameter yang optimal, sehingga kekuatan tarik pelat ikan Lebih besar dari atau sama dengan 650MPa dan ketangguhan impak Lebih besar dari atau sama dengan 30J/cm².
Apa proses perawatan penguatan permukaan dan fungsi pinggiran lubang baut pelat ikan?
Perlakuan penguatan permukaan pinggiran lubang baut pelat ikan mengadopsi proses kompositpenguatan bergulir + perawatan karburasi. Penguatan rolling adalah proses pertama. Alat penggulung khusus digunakan untuk memberikan tekanan pada permukaan di sekitar lubang baut, menyebabkan deformasi plastis pada permukaan di sekitar lubang, membentuk lapisan-pengerasan kerja dengan ketebalan 0,2-0,3 mm. Kekerasan lapisan yang diperkeras dapat mencapai HV350 atau lebih, yaitu 30% lebih tinggi dibandingkan kekerasan matriks. Penguatan rolling juga dapat mengurangi kekasaran permukaan di sekitar lubang hingga di bawah Ra0.8 dan mengurangi sumber konsentrasi tegangan. Perawatan karburasi adalah proses kedua. Pelat ikan yang digulung ditempatkan dalam tungku karburasi dan ditahan pada suhu 920-940 derajat selama 4-6 jam agar atom karbon dapat menembus permukaan sekitar lubang. Ketebalan lapisan karburasi dikontrol pada 0,8-1,0 mm, dan kandungan karbon pada lapisan karburasi adalah 0,8%-1,0%. Setelah perawatan karburasi, diperlukan tempering suhu rendah pada suhu 180-200 derajat selama 60 menit untuk menghilangkan tegangan sisa yang dihasilkan selama proses karburasi. Proses perkuatan komposit memiliki dua fungsi utama: pertama, meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus permukaan sekitar lubang, mencegah gesekan dan keausan antara baut dan pinggiran lubang; kedua, ia membentuk tegangan tekan sisa pada permukaan sekitar lubang, yang dapat mengimbangi sebagian tegangan tarik bolak-balik, mengurangi kemungkinan timbulnya retakan, dan meningkatkan kekuatan lelah pelat ikan hingga lebih dari 40%.
Apa perbedaan titik desain proses perlakuan panas antara pelat ikan standar nasional dan pelat ikan standar luar negeri?
Perbedaan desain proses perlakuan panas antara pelat ikan standar nasional dan standar asing berasal dari perbedaan bahan dan persyaratan layanannya. Pelat ikan standar nasional sebagian besar menggunakan baja 45#, yang disesuaikan dengan rel standar nasional 60kg/m dan 75kg/m, sedangkan pelat ikan standar asing sebagian besar menggunakan baja C45E standar Eropa, yang disesuaikan dengan rel UIC60 dan UIC54.Diferensiasi proses pendinginan: Suhu pendinginan pelat ikan baja 45# standar nasional adalah 830-850 derajat, menggunakan pendinginan air dan pendinginan oli; suhu pendinginan pelat baja C45E standar asing adalah 820-840 derajat, menggunakan pendingin udara. Karena baja C45E memiliki kemampuan pengerasan yang lebih baik, struktur martensit yang seragam dapat diperoleh dengan pendinginan udara, sehingga menghindari risiko retak akibat pendinginan air.Diferensiasi proses temper: Temperatur tempering pelat ikan standar nasional adalah 550-580 derajat, dan waktu tempering adalah 120 menit, yang bertujuan untuk mendapatkan struktur sorbit temper; suhu temper pelat ikan standar asing adalah 520-550 derajat, dan waktu temper adalah 150 menit, bertujuan untuk mendapatkan struktur troostite temper, yang memiliki kekuatan lebih tinggi dan cocok untuk kebutuhan jalur angkut berat Eropa.Diferensiasi penguatan permukaan: Pelat ikan standar nasional mengadopsi proses penguatan komposit penggulungan + karburasi; pelat ikan standar asing mengadopsi proses penguatan shot peening, yang dapat membentuk tegangan tekan sisa pada keseluruhan permukaan pelat ikan, lebih cocok untuk mode pemeliharaan jalur Eropa.
Apa saja item pengujian dan standar penerimaan untuk kualitas perlakuan panas pada pelat ikan?
Item pengujian untuk kualitas perlakuan panas pada pelat ikan mencakup empat item inti:pengujian struktur metalografi, pengujian sifat mekanik, pengujian kekerasan permukaan, dan pengujian tegangan sisa. Pengujian struktur metalografi menggunakan mikroskop metalografi untuk mengamati struktur mikro lempeng ikan. Struktur pelat ikan standar nasional yang memenuhi syarat adalah sorbit temper, tingkat ukuran butir lebih besar dari atau sama dengan 8, dan tidak ada jaringan ferit atau butiran kasar yang diperbolehkan; struktur pelat ikan standar asing yang memenuhi syarat adalah troostite temper, tingkat ukuran butir Lebih besar dari atau sama dengan 7. Pengujian sifat mekanik meliputi kekuatan tarik, kekuatan luluh, perpanjangan dan ketangguhan impak. Untuk pelat ikan standar nasional, kekuatan tarik Lebih besar dari atau sama dengan 650MPa, kekuatan luluh Lebih besar dari atau sama dengan 355MPa, perpanjangan Lebih besar dari atau sama dengan 16%, ketangguhan impak Lebih besar dari atau sama dengan 30J/cm²; untuk pelat ikan standar asing, kekuatan tarik Lebih besar dari atau sama dengan 700MPa, kekuatan luluh Lebih besar dari atau sama dengan 400MPa, perpanjangan Lebih besar dari atau sama dengan 14%, ketangguhan impak Lebih besar dari atau sama dengan 25J/cm². Pengujian kekerasan permukaan menggunakan alat Rockwell Hardness Tester untuk mendeteksi kekerasan disekitar lubang baut. Kekerasan permukaan pelat ikan standar nasional adalah HRC28-32, dan pelat ikan standar luar negeri adalah HRC30-35. Pengujian tegangan sisa menggunakan alat ukur tegangan sinar X untuk mendeteksi tegangan sisa disekitar lubang baut. Nilai tegangan tekan sisa harus lebih besar atau sama dengan 100MPa, dan tegangan tarik sisa tidak diperbolehkan. Standar penerimaannya adalah keempat item pengujian memenuhi syarat. Rasio pengambilan sampel setiap kumpulan pelat ikan tidak kurang dari 5%. Jika ada item yang tidak memenuhi syarat, diperlukan pengambilan sampel ganda. Jika masih tidak memenuhi syarat, seluruh batch akan dibatalkan.