Según los datos pertinentes, muchos vehículos ferroviarios de todo el mundo sufren de desgaste de la banda de rodadura durante el funcionamiento.El desgaste anormal de esta banda de rodadura en la industria ferroviaria en muchos países del mundo es un problema grave y la situación es cada vez más grave.El desgaste anormal del dibujo de las ruedas, no sólo incrementa los costos de operación y mantenimiento sino que, en cierta medida, incluso afectará directamente la seguridad del vehículo.

Los problemas de decapado de la banda de rodadura de las ruedas de ferrocarril se pueden dividir en tres categorías: decapado por fatiga de contacto, decapado por frenado y decapado por raspado.El desgaste del frenado solo ocurre bajo condiciones de frenado de la banda de rodadura, la razón es que las malas condiciones de frenado conducen a grietas térmicas en la superficie de la banda de rodadura causadas por el desgaste por abrasión en el frenado de la banda de rodadura, pueden ocurrir condiciones de frenado sin banda de rodadura, la razón es que el deslizamiento o rodadura entre la rueda y el carril conducen a la superficie de la banda de rodadura producida por la martensita causada por el decapado de los dos tipos de problemas se pueden mitigar mejorando el frenado del vehículo y el uso de las condiciones de trabajo;Este artículo explora y analiza el fenómeno de decapado por fatiga de contacto de la superficie de la banda de rodadura desde el punto de vista del material.

• Análisis de causas

El principal modo de funcionamiento del juego de ruedas es realizar un movimiento similar al de rodadura sobre los rieles (en realidad, deslizarse y deslizarse).La rueda a través de un área de contacto muy pequeña entre la rueda y el riel de la carga del vehículo transferida al riel, generalmente hace que la carga local exceda el límite elástico de la rueda o el material del riel, la superficie de contacto entre la rueda y el riel en la tensión de compresión de contacto después de repetidos períodos prolongados acción, causará que la superficie de contacto debido a la fatiga dañe el área local de las pequeñas piezas de metal, este fenómeno de daño por fatiga se llama fatiga de contacto.La fatiga de contacto y la fatiga general son las mismas grietas por fatiga y grietas por fatiga de expansión de dos etapas.La fatiga de contacto prolongada se considera el principal mecanismo de falla de la superficie de contacto sometida a cargas cíclicas.

El daño por fatiga de contacto en forma de decapado por picaduras (picaduras), decapado superficial y decapado profundo son tres categorías.En la superficie de contacto, a una profundidad de 0,2 mm por debajo de los hoyos en forma de aguja o de viruela, conocidos como picaduras;Profundidad de pelado de 0,2 mm ~ 0,4 mm para un pelado poco profundo, pelado poco profundo, la parte inferior del bloque de pelado es aproximadamente paralela a la superficie de contacto.La profundidad del pelado profundo y la profundidad de la capa de refuerzo de la superficie son comparables, hay un área mayor de la capa superficial triturada.

Al mismo tiempo, la banda de rodadura de la rueda presenta descamación picada, descamación superficial y descamación profunda. Muchos factores afectan la fatiga de contacto de la banda de rodadura del juego de ruedas, como la rueda en sí, el endurecimiento de la superficie de la banda de rodadura, el tipo de banda de rodadura utilizada por la rueda, la rueda. -acabado de la superficie de contacto del carril y condiciones de funcionamiento del vehículo.El autor cree que, en esencia, la decisión depende del comportamiento de fatiga o de la composición y microestructura del material de la rueda en sí.

• Material de la rueda sobre el impacto de la fatiga por contacto.

El material de la rueda en sí tiene muchos aspectos que afectan el rendimiento de fatiga por contacto de la rueda, como la estructura organizativa del material de la rueda, la anisotropía del material y las inclusiones en el material.La complejidad de la estructura organizativa del material conduce a un factor organizativo muy complejo para el efecto de la fatiga de contacto, lo que hace que los investigadores para la estructura organizativa de la fatiga de contacto de la influencia de las opiniones también sean muy diferentes, y no hay una comprensión unificada de muchos aspectos.

Los materiales de hierro y acero tienen ferrita no disuelta; las propiedades mecánicas de la ferrita a temperatura ambiente son casi las mismas que las del hierro puro.Su resistencia a la tracción es b para 180 ~ 280 MPa, límite elástico de 0,2 para 100 ~ 170 MPa y dureza de aproximadamente 80 HBS.Se puede ver que la resistencia y la dureza de la ferrita no son altas.Como fase débil en la organización, la ferrita tiende a convertirse en una fuente de fatiga bajo la acción de tensiones variables y provocar la iniciación de grietas, por lo que la ferrita tiene un efecto perjudicial sobre la vida de fatiga del contacto, y cuanto mayor sea el contenido de ferrita en la organización, mayor será el efecto sobre la fatiga por contacto.

Acero al carbono, carbono disuelto en - Fe en la solución sólida intersticial conocida como austenita, con una dureza general de austenita de 170 ~ 220HBS entre.Las propiedades mecánicas de la austenita y su carbono disuelto y el tamaño de grano, por lo que su estabilidad mecánica afectarán la tenacidad de la organización, afectando así la vida de fatiga por contacto del material.Durante la deformación por fatiga, se produce una transformación de fase de austenita inducida por deformación en la austenita residual, lo que puede inhibir la generación y extensión de grietas por fatiga.La investigación de austenita residual del acero 18Cr2Ni4WA sobre fatiga de contacto muestra que la estabilidad de la austenita residual es moderada cuando la vida de fatiga de contacto es más alta.Una estabilidad de austenita residual demasiado alta conducirá a una resistencia insuficiente, y una estabilidad de austenita residual demasiado baja conducirá a una tenacidad insuficiente.Por supuesto, la estabilidad de la austenita residual varía de un grado de material a otro.

La cantidad de carbono disuelto en el carburador de materiales de acero es extremadamente alta, con CA de aproximadamente 6,69%, lo que da como resultado una alta dureza (950 a 1050 HV) pero una plasticidad y tenacidad casi nulas.Como principal fase de refuerzo en los materiales de acero, la carburación en el acero y otras fases coexisten en escamas, esféricas, reticuladas y en placas, su morfología y distribución de las propiedades del acero tienen un gran impacto.Por ejemplo, cuando hay una distribución reticulada en el material, la tenacidad del material se reduce y las propiedades mecánicas serán significativamente peores.

La carburita se descompondrá bajo ciertas condiciones, formando carbono libre grafítico, y el carbono libre se convertirá en otros carburos bajo ciertas condiciones.El efecto del carbono y el carburo libres sobre la fatiga por contacto se manifiesta principalmente en que sus parámetros físicos (como módulo de elasticidad, coeficiente de expansión, etc.) son diferentes de la matriz del material, lo que destruye la continuidad entre las dos fases.En el proceso de deformación por fatiga, el carburo puede volver a disolverse, pero el carburo grande tiene un efecto de obstrucción por acumulación de dislocaciones, la punta del carburo de bainita superior es fácil de producir concentración de tensión, lo que favorece la aparición de grietas.Además, la temperatura de disolución de la barra de carburo es más alta que la del cuerpo de carburación de aleación, lo que facilita que se mantenga baja hasta convertirse en carburo no disuelto, lo que conduce a una reducción significativa de la vida útil de la fatiga del contacto rodante.

Austenita transformación eutéctica de ferrita y carburita formada por el cuerpo eutéctico denominado perlita.Propiedades de perlita entre ferrita y carburita, la tenacidad es mejor.Su resistencia a la tracción b es de 750 ~ 900 MPa, su dureza es de 180 ~ 280 HBS, su alargamiento es de 20 ~ 25 %, el trabajo de impacto AKU es de 24 ~ 32 J.Las propiedades mecánicas entre ferrita y carburación, alta resistencia, dureza moderada, plasticidad y tenacidad son buenas.Según la investigación relacionada, el efecto de la perlita sobre la vida a fatiga del material no existe solo, sino que depende de la relación de dureza entre la perlita y la ferrita.Cuando la relación de dureza entre ferrita y perlita es grande, la continuidad entre las dos fases es pobre (formando una diferencia de fase) y se forman fácilmente grietas por fatiga en el límite ferrita/perlita, y preferentemente se expanden a lo largo del límite ferrita/perlita.Además, el comportamiento a la fatiga del acero laminado en caliente con una organización de ferrita-perlita reticulada gruesa es deficiente.

Las inclusiones no metálicas en el acero tienen un mayor impacto en las propiedades del acero, incluida la fragilidad con óxidos angulares, y las inclusiones de silicato en la vida de fatiga por contacto son las más dañinas.Debido a que estas inclusiones no metálicas destruyen la continuidad de la matriz, el material en el área circundante de tensión de tracción y tensión de corte ortogonal de la zona débil, bajo la acción de ciclos de carga pesada, la tensión de contacto y las tensiones residuales del material se superponen entre sí. otro, de modo que la energía elástica concentrada en la región de las inclusiones no metálicas se convierte en la energía de deformación para producir grietas, estas grietas se extenderán en la dirección del esfuerzo cortante máximo y la eventual formación de pelado superficial.La grieta se expandirá en la dirección del esfuerzo cortante máximo y eventualmente formará el pelado de la superficie.

Como materia prima para la producción de acero para ejes rodantes, en su proceso de fundición es inevitable aportar un pequeño número de elementos permanentes (silicio, manganeso, azufre, fósforo) y algunas impurezas (impurezas no metálicas y ciertos gases, como nitrógeno, hidrógeno, oxígeno).Tienen un mayor impacto en la calidad del acero, algunos son elementos beneficiosos, mientras que otros son todo lo contrario.Además, el tratamiento térmico químico del acero juega un papel muy importante en el fortalecimiento y protección de la superficie de la pieza de trabajo, como granallado, carburación, nitruración, etc., que pueden mejorar eficazmente la dureza de la capa superficial de la pieza de trabajo y la resistencia a la abrasión. y límite de fatiga, etc., pero es importante destacar sus métodos de tratamiento y requisitos técnicos.

La gran mayoría de los estudiosos en el estudio de la fatiga por contacto de rodadura de los materiales de las ruedas, generalmente asumen que el material es isotrópico, pero el estudio muestra que, debido a que la rueda en la pista no debe rodar puramente, no importa la dirección y la posición. , las ruedas del ferrocarril son anisotrópicas.La anisotropía del material de la rueda tiene un efecto sobre la orientación y posición de la muestra experimental y, por tanto, sobre la medición de la resistencia y otros parámetros del material.Los parámetros del material así obtenidos son particularmente importantes cuando se aplican al diseño por fatiga.

• Conclusión

El daño por fatiga por contacto es uno de los modos de falla más importantes de las superficies de contacto rueda-carril sujetas a cargas cíclicas.Proponer medidas para evitar daños por fatiga requiere una buena comprensión y conocimiento de los mecanismos de falla involucrados.La investigación sobre el mecanismo del daño por fatiga por contacto ha sido relativamente madura, pero las ruedas en el uso real de las condiciones de trabajo son muy diferentes, es difícil utilizar una teoría para explicarlas.

Los factores que afectan el daño por fatiga de contacto de las ruedas se centran principalmente en el propio material y las condiciones externas.En lo que respecta al material en sí, fortalecer la promoción de la tecnología de fundición al vacío en la industria metalúrgica, para evitar la infiltración de impurezas desfavorables (como S, P, óxidos, nitruros, etc.) en el proceso de producción de materias primas en la rueda. , pero también puede apuntarse a agregar algunos elementos favorables (como Si, Mn, V, etc.), reducir el contenido de cuerpo carbónico en el material, la relación de dureza de perlita-ferrita, etc., para llevar a cabo un control efectivo.Bajo la premisa de prestar atención a estos factores, el uso de granallado, carburación y nitruración de la superficie de la rueda;y el uso de dureza y tenacidad apropiadas del material puede mejorar efectivamente la vida útil de la rueda ante la fatiga por contacto rodante.