Teknologi Penguatan Permukaan Rel dan Adaptasinya pada Jalur dengan Kapasitas Lalu Lintas Berbeda
Apa saja parameter proses inti penguatan pendinginan permukaan untuk rel standar nasional?
Inti dari penguatan pendinginan permukaan untuk rel standar nasional adalah mengontrol parameter pemanasan dan pendinginan secara tepat. Pertama, pemanasan induksi frekuensi-menengah diterapkan untuk memanaskan permukaan rel hingga 850-900 derajat , kisaran suhu yang memastikan permukaan rel diaustenisasi tanpa terbakar berlebihan. Waktu pemanasan harus dikontrol dalam waktu 30-40 detik untuk memastikan kedalaman pemanasan permukaan lari mencapai 2-3 mm, sehingga memenuhi persyaratan penguatan kekerasan permukaan. Pendinginan kabut air bertekanan tinggi digunakan dalam tahap pendinginan, dengan tekanan air dikontrol pada 0,8-1,2MPa dan laju pendinginan mencapai lebih besar dari atau sama dengan 15 derajat/s, mendorong transformasi struktur permukaan menjadi martensit halus. Setelah pendinginan, perlakuan temper suhu rendah dilakukan pada 180-200 derajat selama 1 jam untuk menghilangkan tegangan sisa pendinginan dan menghindari retakan permukaan pada rel. Kekerasan permukaan rel yang dirawat dengan proses ini dapat mencapai HRC58-62, dan ketahanan ausnya lebih dari 3 kali lipat dari rel yang tidak dirawat.
Apa persyaratan teknis khusus untuk penguatan kelongsong laser pada rel standar asing?
Untuk penguatan kelongsong laser pada rel standar asing seperti UIC60 dan AREMA115RE, persyaratan pertama adalah kompatibilitas yang baik antara bahan kelongsong dan logam dasar rel. Serbuk paduan berbahan dasar besi-biasanya dipilih, dan komposisinya harus mendekati rasio paduan logam dasar rel untuk menghindari terkelupasnya sambungan antara lapisan kelongsong dan logam dasar. Daya laser perlu disesuaikan berdasarkan model rel: daya laser untuk rel UIC60 dikontrol pada 2000-2500W, dan untuk rel AREMA115RE, daya tersebut perlu ditingkatkan menjadi 2500-3000W untuk memastikan ketebalan lapisan kelongsong mencapai 0,5-0,8 mm secara seragam. Perlindungan gas inert diperlukan selama proses pelapisan, dengan laju aliran argon dikontrol pada 10-15L/menit untuk mencegah oksidasi lapisan pelapis. Setelah pelapisan, permukaan rel harus digiling hingga kekasaran Ra Kurang dari atau sama dengan 1,6μm untuk memastikan kontak roda-rel yang mulus. Selain itu, pengujian kekerasan pada lapisan cladding juga diperlukan, dengan kekerasan lebih besar dari atau sama dengan HV800 dan kekuatan ikatan antara lapisan cladding dan logam dasar lebih dari atau sama dengan 300MPa.
Apa skema perkuatan permukaan yang lebih disukai untuk rel di jalur-lalu lintas tinggi-angkutan berat?
Rel di jalur angkut-lalu lintas berat-tinggi menanggung tegangan kontak roda-rel yang tinggi dan memiliki tingkat keausan yang cepat, sehingga skema yang lebih disukai adalah metode penguatan komposit "quenching + laser cladding". Pertama, pendinginan frekuensi-sedang diterapkan pada permukaan lintasan rel untuk meningkatkan kekerasan dasar dan ketahanan aus lapisan permukaan, lalu pelapisan laser dilakukan pada lapisan pendinginan untuk lebih meningkatkan ketahanan lelah dan keropos. Permukaan rel setelah perkuatan komposit membentuk struktur-lapisan ganda yaitu "lapisan perkuatan yang dipadamkan + lapisan tahan aus kelongsong-". Lapisan yang dipadamkan memberikan dukungan kekuatan yang cukup, sedangkan lapisan kelongsong memiliki ketahanan aus dan ketahanan benturan yang sangat baik. Skema ini dapat memperpanjang umur layanan kereta api hingga lebih dari 50% dibandingkan dengan teknologi pendinginan tunggal, beradaptasi dengan kebutuhan jalur-angkutan berat dengan volume lalu lintas tahunan melebihi 300 juta ton-kilometer. Selama konstruksi, perhatian harus diberikan pada kesesuaian ketebalan antara lapisan quenched dan lapisan cladding: ketebalan lapisan quenched dikontrol pada 2-3mm, dan ketebalan lapisan cladding pada 0,5-0,8mm untuk menghindari konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh rasio ketebalan yang tidak seimbang. Selain itu, uji simulasi kontak roda-rel harus dilakukan pada rel setelah perkuatan komposit untuk memastikan distribusi tegangan kontak yang seragam.
Apa teknologi penguatan permukaan yang ekonomis untuk rel di jalur-lalu lintas biasa-kecepatan rendah?
Jalur-lalu lintas biasa-kecepatan rendah memiliki persyaratan tinggi untuk pengendalian biaya, sehingga teknologi ekonomis dari perkuatan shot peening pada permukaan rel lebih disukai. Penguatan shot peening menggunakan tembakan besi cor atau tembakan baja sebagai proyektil, dengan diameter proyektil dikontrol pada 0,8-1,2 mm dan tekanan injeksi pada 0,4-0,6MPa, membuat proyektil menghantam permukaan rel dengan kecepatan tinggi. Proses ini dapat membentuk lapisan tegangan tekan sisa dengan ketebalan 0,1-0,2 mm pada permukaan rel, yang secara efektif menghambat inisiasi dan penyebaran retakan lelah, dan pada saat yang sama meningkatkan kekerasan permukaan hingga HRC45-50. Biaya penguatan shot peening hanya 1/5 dari penguatan quenching dan 1/20 dari laser cladding, yang sangat cocok untuk jalur kecepatan biasa dengan volume lalu lintas tahunan kurang dari 50 juta ton-kilometer. Peralatan shot peening bergerak dapat digunakan untuk konstruksi, yang dapat beroperasi secara online secara langsung tanpa membongkar rel, sehingga sangat mengurangi biaya konstruksi. Selain itu, setelah penguatan shot peening, primer anti karat rel dapat diaplikasikan untuk lebih memperpanjang siklus anti karat rel dan mengurangi frekuensi perawatan.
Apa saja indikator deteksi dan standar penerimaan efek penguatan permukaan rel?
Indikator deteksi untuk efek penguatan permukaan rel terutama mencakup kekerasan permukaan, tegangan tekan sisa, ketahanan aus, dan umur lelah. Kekerasan permukaan terdeteksi oleh penguji kekerasan Rockwell: kekerasan permukaan berjalan dari rel yang dipadamkan harus lebih besar dari atau sama dengan HRC58, kekerasan lapisan kelongsong laser lebih besar dari atau sama dengan HV800, dan kekerasan rel yang ditembakkan lebih besar dari atau sama dengan HRC45; tegangan tekan sisa dideteksi oleh penganalisis tegangan sinar-X: tegangan tekan sisa lapisan shot peened harus lebih besar dari atau sama dengan -300MPa, dan tegangan tekan sisa pada lapisan yang dipadamkan lebih besar dari atau sama dengan -200MPa; ketahanan aus dideteksi oleh mesin uji keausan: kehilangan keausan pada rel yang diperkuat harus dikurangi lebih dari 50% dibandingkan dengan rel yang tidak diperkuat; umur kelelahan dideteksi oleh mesin uji kelelahan lentur: umur kelelahan rel yang diperkuat harus ditingkatkan lebih dari 1 kali lipat. Standar penerimaannya adalah: 10 titik pengukuran diambil sampelnya per kilometer garis, dan semua indikator dari setiap titik pengukuran harus memenuhi standar. Apabila 1 titik pengukuran tidak memenuhi syarat maka diperlukan pengambilan sampel ganda; apabila masih terdapat titik-titik yang tidak memenuhi syarat pada pengambilan sampel ganda, maka efek penguatan pada bagian garis tersebut dinilai tidak memenuhi syarat. Setelah melewati penerimaan, file penguatan harus dibuat untuk mencatat waktu penguatan, parameter proses dan hasil pengujian, memberikan dukungan data untuk pemeliharaan selanjutnya.