Apa yang Dibawa oleh Pelat Penekan
Pelat penekan berada di antara dasar rel dan bantalan atau pelat dasar, menyebarkan gaya penjepitan sistem pengikat pada kaki rel, dan membantu menahan rel secara lateral. Ia melihat spektrum beban yang berfluktuasi: setiap lintasan roda menambah denyut kompresi, dan lengkungan menambah tekukan lateral. Pelat yang kehilangan kekuatannya atau mengalami retakan mengubah distribusi beban seluruh rangkaian pengikat, dan rel mulai bergerak di bawahnya. Oleh karena itu, ketahanan terhadap kelelahan, kemampuan untuk bertahan dalam jutaan siklus beban tanpa retak, merupakan sifat desain utama bahan pelat, dan dibuat di tungku perlakuan panas, bukan di ruang gambar. Dua kelompok baja yang digunakan, baja karbon medium C45 dan baja pegas 60Si2Mn, dipilih karena alasan berikut: keduanya merespons perlakuan panas dengan baik, dan rute proses menentukan apakah pelat akan berfungsi selama bertahun-tahun atau gagal dalam beberapa bulan.
Quench dan Temper versus Normalisasi untuk C45
| Milik | Dipadamkan dan ditempa | Dinormalisasi |
|---|---|---|
| Kekuatan tarik | 600 MPa dan lebih banyak lagi | Sekitar 500MPa |
| Ketangguhan dampak | 30 J per cm persegi dan lebih banyak lagi | Hingga sekitar 20 J per cm persegi |
| Batas kelelahan | 250 MPa dan lebih banyak lagi | Hingga sekitar 180 MPa |
| Struktur mikro | Sorbit yang marah | Perlit ditambah ferit |
| Kehidupan pelayanan relatif | 100 persen | Sekitar 60 persen |
Quenching dan tempering membentuk tempered sorbite, sebuah struktur yang menggabungkan kekuatan tinggi dengan ketangguhan, sehingga pelat tersebut tahan terhadap kompresi bolak-balik beban kereta api dan dampak kedataran roda. Struktur yang dinormalisasi, perlit ditambah ferit, memiliki ketangguhan yang lebih rendah, dan retakan lelah terjadi lebih awal pada titik konsentrasi tegangan seperti tepi lubang dan sudut bagian. Perbedaan batas kelelahan, 250 MPa versus 180 MPa, berarti kehidupan: di bawah spektrum beban yang sama, pelat yang dinormalisasi hanya dapat bertahan sekitar 60 persen. Untuk komponen yang berada di jalur selama bertahun-tahun, biaya tambahan dari jalur quench dan temper dapat diperoleh kembali berkali-kali lipat dalam biaya inspeksi dan penggantian.
Pengerasan Permukaan Pelat 60Si2Mn
Jika pelat juga harus tahan terhadap abrasi dari kaki rel, baja pegas kelas 60Si2Mn diperkeras permukaannya dengan pemanasan induksi dan pendinginan cepat. Permukaannya mencapai HRC 45 hingga 50 dengan lapisan martensit padat, yang meningkatkan ketahanan aus lebih dari dua kali lipat. Yang lebih penting lagi untuk kelelahan, lapisan permukaan yang mengeras membawa tegangan tekan sisa yang menghilangkan sebagian tegangan lentur tarik dari beban kereta api, sehingga meningkatkan batas kelelahan sebesar 25 hingga 30 persen. Strukturnya sengaja dibuat dalam dua-lapisan: cangkang keras-tahan aus di bagian luar dan inti temper yang kuat di bagian dalam, itulah sebabnya desain ini disebut bagian luar keras dan bagian dalam tangguh. Kombinasi ini menjadikan pelat-perkerasan 60Si2Mn yang diperkeras permukaannya menjadi pilihan utama untuk jalur-angkutan berat, di mana abrasi dan kelelahan terjadi secara bersamaan. Kedalaman pengerasan dan kekerasan inti harus ditentukan, karena casing yang terlalu tipis akan aus dan inti yang terlalu keras akan kehilangan ketangguhannya.
Quench Cracks dan Pencegahannya
Retakan quench adalah cacat klasik pada perlakuan panas dan disebabkan oleh tiga penyebab. Pertama, pemanasan yang terlalu cepat menciptakan perbedaan suhu yang besar antara permukaan dan inti serta tekanan termal yang tinggi. Kedua, pendinginan yang terlalu cepat dalam quench menyebabkan tegangan transformasi austenit menjadi martensit melebihi kekuatan lokal baja. Ketiga, sudut tajam dan tepi lubang tanpa chamfer bertindak sebagai pemusat tegangan dimana tegangan transformasi dilepaskan. Langkah-langkah pencegahannya standar: panaskan secara bertahap sehingga perbedaan suhu tetap kecil, padamkan dalam media bertingkat seperti rendaman nitrat untuk memperlambat pendinginan, dan talang setiap sudut tajam dan tepi lubang dengan radius 0,5 mm atau lebih sebelum pengerasan. Pelat dengan retakan quench adalah skrap, karena retakan terbuka karena beban dan berkembang menjadi kegagalan lelah, sehingga biaya pencegahannya jauh lebih rendah daripada biaya kerusakan.
Kekerasan Penerimaan dan Bahaya Nilai-Nilai yang Salah
Kekerasan adalah-gerbang awal untuk kualitas perlakuan panas. Pelat C45 yang dipadamkan dan ditempa harus berukuran HRC 22 hingga 28, dan pelat 60Si2Mn HRC 45 hingga 50 yang diperkeras pada permukaannya. Jika kekerasannya terlalu tinggi, di atas HRC 55, pelat menjadi rapuh: ketangguhan tumbukan turun lebih dari 40 persen dan pelat dapat patah akibat beban tumbukan, dengan risiko tertinggi pada suhu musim dingin yang rendah. Jika kekerasan terlalu rendah, di bawah HRC 35, kekuatan dan ketahanan aus tidak mencukupi, pelat berubah bentuk secara plastis di bawah beban rel lateral, terbentuk undakan pada permukaan kontak, dan rel mulai merayap ke samping dan melebarkan pengukur. Kedua mode kegagalan tersebut memperpendek umur pelat dan mengganggu kestabilan sistem pengikat, itulah sebabnya uji penerimaan mencakup pengukuran kekerasan pada sejumlah komponen per batch.
Pengecekan Lapangan pada Pelat yang Terpasang
Di lokasi, status perlakuan panas diperiksa tanpa peralatan laboratorium. Penguji kekerasan Rockwell portabel mengukur kekerasan permukaan dan mengonfirmasi pita, HRC 22 hingga 28 untuk C45 yang dipadamkan dan ditempa serta HRC 45 hingga 50 untuk permukaan-60Si2Mn yang diperkeras. Permukaan diperiksa apakah ada retakan, dekarburisasi dan deformasi; salah satu dari ini menolak piring. Inspektur berpengalaman juga menggunakan pengujian suara: pelat yang diquench dan ditemper berbunyi dengan nada yang dalam, pelat-yang diperkeras permukaannya dengan nada yang tajam, dan nada yang serak menunjukkan adanya retakan internal. Jika diduga ada batch, sampel diambil untuk pengujian ketangguhan impak guna memastikan perlakuan panas sebelum pelat dilepaskan untuk dilacak. Pemeriksaan yang sama berlaku untuk barang masuk, dan pembeli harus menentukan rentang kekerasan, laju pengambilan sampel, dan metode pengujian dalam perjanjian teknis.
Mengapa quench dan tempering lebih baik daripada normalisasi pada pressure plate?
Karena membentuk sorbit temper yang memadukan kekuatan dan ketangguhan. Batas kelelahan meningkat dari sekitar 180 MPa menjadi 250 MPa dan masa pakai kira-kira dua kali lipat dibandingkan dengan pelat yang dinormalisasi dari baja yang sama.
Berapa kekerasan yang harus dimiliki pelat penekan?
Pelat C45 yang dipadamkan dan ditempa harus berupa HRC 22 hingga 28, dan permukaan-pelat 60Si2Mn yang diperkeras HRC 45 hingga 50 pada permukaannya. Nilai di atas HRC 55 berisiko patah getas dan di bawah HRC 35 berisiko mengalami deformasi plastis.
Bagaimana cara menghindari retakan padam?
Dengan pemanasan bertahap, pendinginan bertahap dalam rendaman nitrat, dan chamfer setiap sudut tajam dan tepi lubang dengan radius 0,5 mm atau lebih. Chamfer menghilangkan titik konsentrasi tegangan dimana tegangan transformasi memecahkan baja.
Apa yang terjadi jika pelatnya terlalu keras?
Pelat menjadi rapuh, dan ketangguhan impak berkurang lebih dari 40 persen. Bahan ini dapat patah akibat beban tumbukan kereta api, dan risikonya paling tinggi pada kondisi musim dingin, sehingga kekerasan di atas HRC 55 ditolak pada saat penerimaan.
Bagaimana kualitas perlakuan panas diperiksa di lokasi?
Dengan penguji kekerasan Rockwell portabel terhadap jendela yang ditentukan, pemeriksaan visual terhadap retakan dan dekarburisasi, dan uji suara dengan palu. Nada yang serak menunjukkan adanya retakan internal, dan kumpulan yang mencurigakan akan diuji ketangguhan benturannya.
C45 atau 60Si2Mn, bahan apa untuk-pelat angkut berat?
60Si2Mn dengan pengerasan permukaan adalah pilihan pengangkutan yang berat: permukaan HRC 45 hingga 50 menahan abrasi kaki rel, dan tegangan tekan sisa meningkatkan batas kelelahan sebesar 25 hingga 30 persen sementara inti yang kuat mencegah patah.