De acordo com os dados relevantes, muitos materiais circulantes ferroviários em todo o mundo são afetados por desgaste da banda de rodagem durante a operação.A remoção deste desgaste anormal da banda de rodagem, na indústria ferroviária em muitos países ao redor do mundo, é um problema sério e a situação está ficando cada vez mais séria.O desgaste anormal da banda de rodagem não só aumenta os custos de operação e manutenção, mas, até certo ponto, afetará diretamente a segurança do veículo.

Os problemas de desgaste da banda de rodagem ferroviária podem ser divididos em três categorias: desgaste por fadiga de contato, desgaste por frenagem e desgaste por desgaste.A remoção da frenagem ocorre apenas sob condições de frenagem da banda de rodagem, a razão é que más condições de frenagem levam a rachaduras térmicas na superfície da banda de rodagem causadas pela remoção por abrasão na frenagem da banda de rodagem, podem ocorrer condições de frenagem sem banda de rodagem, a razão é que o deslizamento ou rolamento entre a roda e o trilho levam à superfície da banda de rodagem produzida pela martensita causada pela remoção dos dois tipos de problemas que podem ser mitigados pela melhoria da frenagem do veículo e pelo aproveitamento das condições de trabalho;este artigo principalmente da perspectiva de Este artigo explora e analisa o fenômeno de remoção por fadiga de contato da superfície da banda de rodagem do ponto de vista material.

• Análise das causas

O principal modo de operação do rodado é fazer um movimento semelhante ao de rolamento nos trilhos (na verdade, rastejar e deslizar).Roda através de uma área de contato roda-trilho muito pequena da carga do veículo transferida para o trilho, geralmente faz com que a carga local exceda o limite elástico da roda ou material do trilho, superfície de contato roda-trilho na tensão de compressão de contato após repetido longo prazo ação, causará a superfície de contato devido a danos por fadiga na área local dos pequenos pedaços de decapagem de metal, esse fenômeno de dano por fadiga é chamado de fadiga de contato.Fadiga de contato e fadiga geral são as mesmas trincas por fadiga e expansão de trincas por fadiga em dois estágios.A fadiga de contato prolongada é considerada o principal mecanismo de falha da superfície de contato submetida a carregamentos cíclicos.

Danos por fadiga de contato na forma de decapagem por pite (pitting), decapagem superficial e decapagem profunda são três categorias.Na superfície de contato, na profundidade de 0,2 mm abaixo das covas em forma de agulha ou varíola, conhecidas como picadas;profundidade de 0,2 mm ~ 0,4 mm de descascamento para descascamento raso, fundo do bloco de descascamento raso aproximadamente paralelo à superfície de contato.A profundidade do descascamento profundo e a profundidade da camada de reforço superficial são comparáveis, há uma área maior da camada superficial triturada.

Ao mesmo tempo, a banda de rodagem da roda apresenta descamação com marcas, descamação superficial e descamação profunda. Muitos fatores afetam a fadiga de contato da banda de rodagem do rodado, como a própria roda, o endurecimento da superfície da banda de rodagem, o tipo de banda de rodagem usado pela roda, a roda - acabamento da superfície de contato do trilho e condições de operação do veículo.O autor acredita que, em essência, a decisão depende do desempenho em fadiga ou da composição e microestrutura do próprio material da roda.

• Material da roda no impacto da fadiga de contato

O próprio material da roda tem muitos aspectos que afetam o desempenho da roda em fadiga de contato, como a estrutura organizacional do material da roda, anisotropia do material e inclusões no material.A complexidade da estrutura organizacional do material leva a um fator organizacional muito complexo para o efeito da fadiga de contato, o que faz com que os pesquisadores para a estrutura organizacional da fadiga de contato da influência das visões também sejam muito diferentes, e não há uma compreensão unificada de muitos aspectos.

Os materiais de ferro e aço possuem ferrita não dissolvida, as propriedades mecânicas da ferrita à temperatura ambiente são quase as mesmas do ferro puro.Sua resistência à tração é b para 180 ~ 280Mpa, resistência ao escoamento 0,2 para 100 ~ 170MPa e dureza de cerca de 80HBS.pode-se ver que a resistência e a dureza da ferrita não são altas.Como uma fase fraca na organização, a ferrita tende a se tornar uma fonte de fadiga sob a ação de tensões variáveis ​​e levar ao início de trincas, portanto a ferrita tem um efeito prejudicial na vida em fadiga de contato, e quanto maior o teor de ferrita no organização, maior será o efeito sobre a fadiga de contato.

Aço carbono, carbono dissolvido em - Fe na solução sólida intersticial conhecida como austenita, com dureza geral de austenita de 170 ~ 220HBS entre eles.As propriedades mecânicas da austenita e seu carbono dissolvido e tamanho de grão, portanto sua estabilidade mecânica afetarão a tenacidade da organização, afetando assim a vida à fadiga de contato do material.Durante a deformação por fadiga, a transformação da fase de austenita induzida por deformação ocorre na austenita residual, o que pode inibir a geração e extensão de trincas por fadiga.Austenita residual do aço 18Cr2Ni4WA na pesquisa de fadiga de contato mostra que a estabilidade da austenita residual é moderada quando a maior vida útil de fadiga de contato.Uma estabilidade residual muito alta da austenita levará a resistência insuficiente, e uma estabilidade residual muito baixa da austenita levará a uma tenacidade insuficiente.É claro que a estabilidade da austenita residual varia de um tipo de material para outro.

A quantidade de carbono dissolvido no carburador em materiais de aço é extremamente alta, com ac de cerca de 6,69%, resultando em alta dureza (950 a 1050 HV), mas quase zero de plasticidade e tenacidade.Como principal fase de reforço nos materiais de aço, o carbureto no aço e outras fases coexistem em escamosos, esféricos, reticulados e placas, sua morfologia e distribuição das propriedades do aço têm grande impacto.Por exemplo, quando há uma distribuição reticulada no material, a tenacidade do material é reduzida e as propriedades mecânicas serão significativamente piores.

O carburito se decomporá sob certas condições, formando carbono livre de grafite, e o carbono livre será convertido em outros carbonetos sob certas condições.O efeito do carbono livre e do carboneto na fadiga de contato se manifesta principalmente em seus parâmetros físicos (como módulo de elasticidade, coeficiente de expansão, etc.) diferentes da matriz do material, o que destrói a continuidade entre as duas fases.Processo de deformação por fadiga, o carboneto pode se dissolver novamente, mas o carboneto grande tem um efeito de obstrução por acumulação de deslocamentos, a ponta do carboneto de bainita superior é fácil de produzir concentração de tensão, propício ao surgimento de rachaduras.Além disso, a temperatura de dissolução do metal duro em barra é mais alta do que a do corpo de cementação da liga, fácil de permanecer baixa para se tornar carboneto não dissolvido, o que leva a uma redução significativa na vida útil da fadiga por contato de rolamento.

Transformação eutética de austenita de ferrita e carburita formada pelo corpo eutético denominado perlita.Propriedades de perlita entre ferrita e carburita, a tenacidade é melhor.Sua resistência à tração b é 750 ~ 900MPa, a dureza é 180 ~ 280HBS, o alongamento é 20 ~ 25%, o trabalho de impacto AKU é 24 ~ 32J.As propriedades mecânicas entre ferrita e carburize, alta resistência, dureza moderada, plasticidade e tenacidade são boas.De acordo com pesquisas relacionadas, o efeito da perlita na vida à fadiga do material não existe sozinho, mas depende da relação de dureza entre perlita e ferrita.Quando a relação de dureza entre ferrita e perlita é grande, a continuidade entre as duas fases é fraca (formando uma diferença de fase), e trincas por fadiga são facilmente formadas no limite ferrita/perlita e expandem-se preferencialmente ao longo do limite ferrita/perlita.Além disso, o desempenho à fadiga do aço laminado a quente com organização ferrita-perlita reticulada grosseira é ruim.

As inclusões não metálicas no aço têm maior impacto nas propriedades do aço, inclusive frágeis com óxidos angulares, e as inclusões de silicato na vida à fadiga de contato dos mais prejudiciais.Como essas inclusões não metálicas destroem a continuidade da matriz, o material na área circundante da tensão de tração e da tensão de cisalhamento ortogonal da zona fraca, sob a ação de ciclos de carga pesada, a tensão de contato e as tensões residuais do material sobrepostas a cada outro, de modo que a energia elástica concentrada na região das inclusões não metálicas na energia de deformação para produzir fissuras, esta fissura será estendida na direção da tensão de cisalhamento máxima e da eventual formação de descamação superficial.A trinca se expandirá na direção da tensão de cisalhamento máxima e eventualmente formará o descascamento da superfície.

Como matéria-prima para a produção do aço para rodados, em seu processo de fundição é inevitável trazer uma pequena quantidade de elementos em pé (silício, manganês, enxofre, fósforo) e algumas impurezas (impurezas não metálicas e certos gases, como nitrogênio, hidrogênio, oxigênio).Têm maior impacto na qualidade do aço, alguns são elementos benéficos, outros são o contrário.Além disso, o tratamento térmico químico do aço desempenha um papel muito importante no fortalecimento e proteção da superfície da peça, como shot peening, cementação, nitretação, etc. e limite de fadiga, etc., mas é importante ressaltar seus métodos de tratamento e requisitos técnicos.

A grande maioria dos estudiosos no estudo da fadiga de contato de rolamento de materiais de roda geralmente assume que o material é isotrópico, mas o estudo mostra que, como a roda na pista não deve fazer rolamento puro, não importa a direção e posição , as rodas ferroviárias são anisotrópicas.A anisotropia do material da roda tem efeito na orientação e posição da amostra experimental e, portanto, na medição da resistência e outros parâmetros do material.Os parâmetros do material assim obtidos são particularmente importantes quando aplicados ao dimensionamento à fadiga.

• Conclusão

O dano por fadiga de contato é um dos modos de falha mais importantes das superfícies de contato roda-trilho submetidas a carregamentos cíclicos.Propor medidas para evitar danos por fadiga requer uma boa compreensão e conhecimento dos mecanismos de falha envolvidos.A pesquisa sobre o mecanismo de dano por fadiga de contato tem sido relativamente madura, mas as rodas no uso real da condição de trabalho são muito diferentes, é difícil usar uma teoria para explicá-las.

Os fatores que afetam os danos por fadiga de contato das rodas concentram-se principalmente no próprio material e nas condições externas.No que diz respeito ao material em si, fortalecer a promoção da tecnologia de fundição a vácuo na indústria metalúrgica, para evitar a infiltração de impurezas desfavoráveis ​​(como S, P, óxidos, nitretos, etc.) no processo de produção de matérias-primas na roda. , mas também pode ser direcionado para adicionar alguns elementos favoráveis ​​(como Si, Mn, V, etc.), reduzir o conteúdo de corpo carbônico no material, a relação de dureza perlita-ferrita, etc., para realizar um controle eficaz.Sob a premissa de atenção a esses fatores, o uso de shot peening, cementação, nitretação;e o uso de dureza e tenacidade apropriadas do material pode efetivamente melhorar a vida útil da fadiga por contato de rolamento da roda.