طبق داده‌های مربوطه، بسیاری از شرکت‌های ریلی راه‌آهن در سراسر جهان در حین بهره‌برداری با آج‌های چرخ‌ها مواجه می‌شوند.کنده شدن آج این ساییدگی غیر عادی در صنعت راه آهن در بسیاری از کشورهای جهان یک مشکل جدی است و وضعیت روز به روز جدی تر می شود.سایش غیرعادی آج چرخ، نه تنها هزینه های بهره برداری و نگهداری را افزایش می دهد، بلکه تا حدی حتی مستقیماً بر ایمنی خودرو تأثیر می گذارد.

مشکلات برش آج چرخ راه آهن را می توان به سه دسته تقسیم کرد: رفع خستگی تماسی، سلب ترمز و رفع خراش.ترمز ترمز فقط در شرایط ترمز آج رخ می دهد، دلیل آن این است که شرایط ترمز نامناسب منجر به ترک های حرارتی روی سطح آج می شود که ناشی از سایش در ترمز آج است، شرایط ترمز غیر آج ممکن است رخ دهد، دلیل آن این است که لغزش یا غلتش بین منتهی چرخ و ریل به سطح آج چرخ تولید شده توسط مارتنزیت ناشی از برداشتن دو نوع مشکل را می توان با بهبود ترمز خودرو و استفاده از شرایط کاری کاهش داد.این مقاله عمدتاً از دیدگاه این مقاله به بررسی و تجزیه و تحلیل پدیده رفع خستگی تماسی سطح آج از نقطه نظر مواد می‌پردازد.

• تجزیه و تحلیل علل

حالت اصلی کار چرخ ست انجام یک حرکت غلتشی روی ریل ها (در واقع خزش و لغزش) است.چرخ از طریق یک منطقه تماس چرخ و ریل بسیار کوچک از بار وسیله نقلیه که به ریل منتقل می شود، معمولاً باعث می شود بار محلی از حد الاستیک مواد چرخ یا ریل تجاوز کند، سطح تماس چرخ و ریل در تنش فشاری تماس پس از مکرر طولانی مدت عمل، باعث می شود سطح تماس به دلیل آسیب خستگی به ناحیه محلی قطعات کوچک فلزی بریده شود، این پدیده آسیب خستگی را خستگی تماسی می نامند.خستگی تماسی و خستگی عمومی، همان ترک های خستگی و گسترش ترک خستگی دو مرحله ای هستند.خستگی طولانی مدت تماس به عنوان مکانیسم اصلی شکست سطح تماس در معرض بارگذاری چرخه ای در نظر گرفته می شود.

آسیب ناشی از خستگی تماسی به صورت جداسازی حفره ای (حفره ای)، استریپینگ کم عمق و استریپینگ عمیق سه دسته هستند.در سطح تماس در عمق 0.2 میلی متر در زیر گودال های سوزنی یا آبله مانند، که به عنوان حفره شناخته می شود.عمق لایه برداری 0.2mm ~ 0.4mm برای لایه برداری کم عمق، پایین بلوک لایه برداری لایه برداری کم عمق تقریباً موازی با سطح تماس است.عمق لایه برداری عمیق و عمق لایه تقویت کننده سطح قابل مقایسه هستند، سطح بیشتری از لایه سطحی خرد شده وجود دارد.

آج چرخ به طور همزمان لایه برداری پوک، لایه برداری کم عمق و لایه برداری عمیق وجود دارد. عوامل بسیاری بر خستگی تماسی آج مجموعه چرخ تأثیر می گذارد، مانند خود چرخ، سخت شدن سطح آج، نوع آج مورد استفاده چرخ، چرخ. پایان سطح تماس با ریل و شرایط عملیاتی خودرو.نویسنده معتقد است که، در اصل، تصمیم به عملکرد خستگی یا ترکیب و ریزساختار خود مواد چرخ است.

• مواد چرخ بر تاثیر خستگی تماسی

خود مواد چرخ دارای جنبه‌های زیادی است که بر عملکرد خستگی تماسی چرخ تأثیر می‌گذارد، مانند ساختار سازمانی مواد چرخ، ناهمسانگردی مواد و اجزاء در مواد.پیچیدگی ساختار سازمانی مواد منجر به یک عامل سازمانی بسیار پیچیده برای تأثیر خستگی تماس می شود که باعث می شود محققان برای ساختار سازمانی خستگی تماس از تأثیر دیدگاه ها نیز بسیار متفاوت باشند و وجود نداشته باشد. درک یکپارچه از بسیاری از جنبه ها

مواد آهن و فولاد دارای فریت حل نشده هستند، فریت در دمای اتاق خواص مکانیکی تقریباً مشابه آهن خالص است.استحکام کششی آن b برای 180 تا 280 مگاپاسکال، استحکام تسلیم 0.2 برای 100 تا 170 مگاپاسکال، و سختی حدود 80HBS است.مشاهده می شود که استحکام و سختی فریت زیاد نیست.فریت به عنوان یک فاز ضعیف در سازمان، مستعد تبدیل شدن به منبع خستگی تحت اثر تنش متغیر است و منجر به شروع ترک می شود، بنابراین فریت بر عمر خستگی تماسی اثر مخربی دارد و هر چه میزان فریت در بدن بیشتر باشد. سازمان، تأثیر بیشتری بر خستگی تماس دارد.

فولاد کربن، کربن محلول در - آهن در محلول جامد بینابینی به نام آستنیت، با سختی کلی آستنیت 170 ~ 220HBS بین.خواص مکانیکی آستنیت و کربن محلول و اندازه دانه آن، بنابراین پایداری مکانیکی آن بر چقرمگی سازمان تأثیر می‌گذارد و در نتیجه عمر خستگی تماسی مواد را تحت تأثیر قرار می‌دهد.در طول تغییر شکل خستگی، تبدیل فاز آستنیت ناشی از کرنش در آستنیت باقیمانده رخ می‌دهد که می‌تواند از تولید و گسترش ترک خستگی جلوگیری کند.آستنیت باقیمانده فولاد 18Cr2Ni4WA در مورد خستگی تماسی تحقیقات نشان می‌دهد که پایداری آستنیت باقیمانده در زمانی که بالاترین عمر خستگی تماسی داشته باشد متوسط ​​است.پایداری بیش از حد باقیمانده آستنیت منجر به استحکام ناکافی خواهد شد و پایداری باقیمانده آستنیت بسیار کم منجر به چقرمگی ناکافی می شود.البته پایداری آستنیت باقیمانده از یک ماده به درجه دیگر متفاوت است.

مقدار کربن محلول در کاربراتور در مواد فولادی بسیار زیاد است، با ac در حدود 6.69٪، در نتیجه سختی بالا (950 تا 1050 HV) اما انعطاف پذیری و چقرمگی تقریباً صفر است.به عنوان فاز تقویت کننده اصلی در مواد فولادی، کربنات در فولاد و سایر فازها به صورت پوسته پوسته، کروی، مشبک و صفحه ای همزیستی دارند، مورفولوژی و توزیع خواص فولاد تاثیر زیادی دارد.مانند زمانی که یک توزیع مشبک در مواد وجود دارد، چقرمگی مواد کاهش می یابد و خواص مکانیکی به طور قابل توجهی بدتر می شود.

کربوریت تحت شرایط خاصی تجزیه می شود و کربن آزاد گرافیتی تشکیل می دهد و کربن آزاد تحت شرایط خاصی به کاربیدهای دیگر تبدیل می شود.تأثیر کربن و کاربید آزاد بر خستگی تماس عمدتاً در پارامترهای فیزیکی آن (مانند مدول الاستیسیته، ضریب انبساط و ...) متمایز از ماتریس ماده است که تداوم بین دو فاز را از بین می برد.فرآیند تغییر شکل خستگی، کاربید می تواند به عقب حل شود، اما کاربید بزرگ دارای اثر انباشتگی دررفتگی است، نوک کاربید بینیت بالایی آسان است برای تولید غلظت استرس، منجر به جوانه زدن ترک.علاوه بر این، دمای انحلال کاربید نوار بالاتر از بدنه کربنات کننده آلیاژی است، به راحتی می توان به کاربید حل نشده تبدیل شود، که منجر به کاهش قابل توجهی در طول عمر خستگی تماس غلتکی می شود.

تبدیل یوتکتیک آستنیتی فریت و کربوریت توسط جسم یوتکتیکی به نام پرلیت تشکیل شده است.خواص پرلیت بین فریت و کربوریت، چقرمگی بهتر است.استحکام کششی آن b 750 ~ 900MPa است، سختی 180 ~ 280HBS است، ازدیاد طول 20 تا 25 درصد است، کار ضربه ای AKU 24 ~ 32J است.خواص مکانیکی بین فریت و کربوریز، استحکام بالا، سختی متوسط، پلاستیسیته و چقرمگی خوب است.بر اساس تحقیقات مربوطه، تأثیر پرلیت بر عمر خستگی ماده به تنهایی وجود ندارد، بلکه به نسبت سختی بین پرلیت و فریت بستگی دارد.وقتی نسبت سختی بین فریت و پرلیت زیاد است، تداوم بین دو فاز ضعیف است (تفاوت فاز ایجاد می‌کند)، و ترک‌های خستگی به راحتی در مرز فریت/پرلیت ایجاد می‌شوند و ترجیحاً در امتداد مرز فریت/پرلیت گسترش می‌یابند.علاوه بر این، عملکرد خستگی فولاد نورد گرم با سازماندهی فریت-پرلیت مشبک درشت ضعیف است.

آخال های غیرفلزی در فولاد تأثیر بیشتری بر خواص فولاد، از جمله شکننده بودن اکسیدهای زاویه دار، و آخال های سیلیکات بر روی عمر خستگی تماسی از مضر ترین آنها دارند.از آنجایی که این آخال های غیرفلزی تداوم ماتریس را از بین می برند، مواد موجود در ناحیه اطراف تنش کششی و تنش برشی متعامد ناحیه ضعیف، تحت عمل چرخه بار سنگین، تنش تماسی و تنش های پسماند ماده که بر هر یک قرار می گیرد. از سوی دیگر، به طوری که انرژی الاستیک در ناحیه آخال های غیرفلزی در انرژی تغییر شکل متمرکز شده و ترک ایجاد می کند، این ترک در جهت حداکثر تنش برشی و در نهایت تشکیل لایه برداری سطحی گسترش می یابد.ترک در جهت حداکثر تنش برشی منبسط می شود و در نهایت لایه برداری سطحی را تشکیل می دهد.

به عنوان یک ماده اولیه برای تولید فولاد چرخ دار، در فرآیند ذوب آن، وارد کردن تعداد کمی از عناصر ایستاده (سیلیکون، منگنز، گوگرد، فسفر) و برخی ناخالصی ها (ناخالصی های غیرفلزی و گازهای خاص مانند نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن).آنها تأثیر بیشتری بر کیفیت فولاد دارند، برخی عناصر مفید هستند، در حالی که برخی دیگر برعکس هستند.علاوه بر این، عملیات حرارتی شیمیایی فولاد نقش بسیار مهمی در استحکام و محافظت از سطح قطعه کار ایفا می کند، مانند شات پنیری، کربوریزه کردن، نیتریدینگ و غیره می تواند به طور موثری سختی لایه سطحی قطعه کار، مقاومت در برابر سایش را بهبود بخشد. و حد خستگی و غیره، اما تاکید بر روش های درمانی و الزامات فنی آن مهم است.

اکثریت قریب به اتفاق محققان در مطالعه خستگی تماس غلتشی مواد چرخ، عموماً فرض می‌کنند که ماده همسانگرد است، اما مطالعه نشان می‌دهد که چون چرخ روی مسیر قرار نیست نورد خالص انجام دهد، بنابراین جهت و موقعیت آن مهم نیست. ، چرخ های راه آهن ناهمسانگرد هستند.ناهمسانگردی مواد چرخ بر جهت گیری و موقعیت نمونه آزمایشی و در نتیجه بر اندازه گیری مقاومت و سایر پارامترهای ماده تأثیر می گذارد.پارامترهای مواد به‌دست‌آمده به‌طور ویژه در طراحی خستگی بسیار مهم هستند.

• نتیجه

آسیب خستگی تماسی یکی از مهم ترین حالت های شکست سطوح تماس چرخ و ریل است که در معرض بارگذاری چرخه ای قرار دارند.پیشنهاد اقداماتی برای جلوگیری از آسیب ناشی از خستگی مستلزم درک خوب و دانش مکانیزم های خرابی است.تحقیقات در مورد مکانیسم آسیب خستگی تماس نسبتا بالغ بوده است، اما چرخ ها در استفاده واقعی از شرایط کاری بسیار متفاوت هستند، استفاده از یک نظریه برای توضیح آنها دشوار است.

عوامل مؤثر بر آسیب خستگی تماس چرخ ها عمدتاً بر خود ماده و شرایط خارجی متمرکز است.تا آنجا که به خود ماده مربوط می شود، ترویج فن آوری ذوب خلاء در صنعت متالورژی را تقویت کنید تا از فرآیند تولید مواد خام در چرخ نفوذ ناخالصی های نامطلوب (مانند S، P، اکسیدها، نیتریدها و غیره) جلوگیری شود. ، بلکه می تواند برای اضافه کردن برخی از عناصر مطلوب (مانند Si، منگنز، V، و غیره)، کاهش محتوای کربنی بدن در مواد، نسبت سختی پرلیت - فریت، و غیره، برای انجام کنترل موثر مورد هدف قرار گیرد.تحت فرض توجه به این عوامل، استفاده از سطح چرخ شات peening، carburising، نیترید;و استفاده از سختی و چقرمگی مناسب مواد می تواند به طور موثر عمر خستگی تماس چرخشی چرخ را بهبود بخشد.