Tehnologija gradijentnog jačanja materijala Fishplate i rješenje za poboljšanje učinka zamora zglobova
Koji su glavni oblici i uzroci oštećenja od zamora spojeva ribljih ploča?
Glavni oblici zamornih oštećenja spojeva ribljih ploča uključuju tri vrste: pukotine oko rupa za vijke, trošenje kontaktne površine i lom tijela. Pukotine oko rupa za vijke najčešći su oblik oštećenja. Uzrok je taj što je faktor koncentracije naprezanja na rupama za vijke čak 3,0, a pod djelovanjem izmjeničnog opterećenja kotača-tračnice, pukotine od zamora će se prvo pojaviti oko rupa. Uzrok trošenja kontaktne površine je taj što pomak tračnice na spoju uzrokuje relativno klizanje između riblje ploče i tračnice. Trenje klizanja uzrokovat će ljuštenje metala na kontaktnoj površini. Kada dubina istrošenosti prijeđe 0,5 mm, to će utjecati na stupanj pristajanja spoja. Uzrok loma tijela je nedovoljna otpornost na zamor materijala riblje ploče. Kada se pukotina proširi do kritične duljine, riblja ploča će doživjeti nagli lom. Ova vrsta oštećenja uglavnom se javlja na spojnim dijelovima teških konopa. Oštećenje od zamora spojeva riblje ploče također je usko povezano s postupkom ugradnje. Nedovoljan zakretni moment vijka dovest će do povećanja zazora spojeva i pojačane koncentracije naprezanja; prekomjerni zakretni moment dovest će do plastične deformacije riblje ploče i smanjiti njenu otpornost na zamor. Osim toga, okolišni čimbenici također su važni poticaji za štetu. Korozija u obalnim konopima ubrzat će širenje pukotina, a niska temperatura u alpskim konopima smanjit će žilavost ribljih ploča i povećati rizik od loma.
Koji je temeljni tehnički princip gradijentnog ojačavanja materijala riblje ploče?
Temeljno tehničko načelo gradijentnog ojačavanja materijala za riblje ploče je ostvarenje koordiniranog poboljšanja žilavosti matrice i čvrstoće površine. Kroz kompozitni proces "obrade kaljenja matrice i kaljenja + obrade površinskog otvrdnjavanja" na ribljoj ploči, riblja ploča formira gradijentnu distribuciju performansi. Tretman kaljenja i popuštanja matrice usvaja postupak "kaljenja + kaljenje na visokoj-temperaturi". Riblja ploča se zagrijava na 860-880 stupnjeva za kaljenje, a zatim se temperira na 580-600 stupnjeva za visoku temperaturu, tako da matrica dobije kaljenu strukturu sorbita, koja ima izvrsnu žilavost i otpornost na udarce. Energija udarca indeksa žilavosti veća je ili jednaka 50J (-20 stupnjeva). Tretman površinskog otvrdnjavanja uključuje proces indukcijskog otvrdnjavanja, koji lokalno zagrijava dijelove s koncentracijom naprezanja kao što su kontaktna površina i periferija otvora za vijke riblje ploče. Temperatura grijanja se kontrolira na 900-920 stupnjeva, a zatim se brzo hladi, tako da površina formira kaljenu martenzitnu strukturu debljine 2-3 mm, površinska tvrdoća može doseći HRC55-60, što uvelike poboljšava otpornost na habanje i otpornost na zamor površine. Ključ jačanja gradijenta je kontrola izvedbe prijelaznog sloja. Debljina prijelaznog sloja kontrolira se na 1-2 mm kako bi se ostvario gladak prijelaz između matrice i površine, izbjegavajući novu koncentraciju naprezanja uzrokovanu naglim promjenama performansi. Kroz gradijentnu obradu ojačanja, riblja ploča može zadovoljiti dvostruke zahtjeve performansi "otpornosti na udar matrice i površinske otpornosti na trošenje" u isto vrijeme, prilagođavajući se složenom okruženju stresa spoja.
Koje su procesne mjere za jačanje otpornosti na habanje kontaktnih površina riblje ploče?
Procesne mjere za ojačavanje otpornosti na habanje kontaktnih površina riblje ploče uglavnom uključuju tri vrste: indukcijsko kaljenje, zavarivanje plazma raspršivanjem i površinsko nitriranje. Indukcijsko kaljenje je najčešće korišteni postupak. Zagrijava kontaktnu površinu putem elektromagnetske indukcije, povećava površinsku tvrdoću iznad HRC55, a otpornost na habanje je više od 3 puta veća nego kod netretiranih ribljih ploča, koje se mogu učinkovito oduprijeti kliznom trošenju kontaktne površine. Proces zavarivanja plazma raspršivanjem raspršuje prah legure na bazi željeza-na kontaktnu površinu, debljina sloja zavarivanja raspršivanjem je kontrolirana na 3-4 mm, tvrdoća može doseći HRC60-65, a otpornost na habanje je 2 puta veća od one kod procesa indukcijskog otvrdnjavanja, što je prikladno za ojačavanje ribljih ploča u konopima za teške terete. Proces površinskog nitriranja prihvaća metodu plinskog nitriranja. Na temperaturi od 520-540 stupnjeva, atomi dušika se infiltriraju u površinu riblje ploče da formiraju nitrirani sloj debljine 0,3-0,5 mm, površinska tvrdoća može doseći HV900-1000. Nitrirani sloj ima izvrsnu otpornost na trošenje i koroziju, što je pogodno za riblje ploče u obalnim korozivnim okruženjima. Bez obzira na odabrani postupak, kontaktna površina mora biti prethodno obrađena. Površinski oksidni kamenac i nedostaci uklanjaju se brušenjem, a hrapavost površine se kontrolira ispod Ra1,6 μm kako bi se osigurao učinak procesa ojačanja. Nakon obrade ojačanja potrebno je ispitati točnost kontaktne površine kako bi se osiguralo da ravnost i točnost dimenzija kontaktne površine zadovoljavaju zahtjeve dizajna i izbjegavaju utjecaj na stupanj pristajanja spoja.
Koja je konstrukcijska i procesna shema za ojačanje otpornošću na zamor otvora za vijke na ribljoj ploči?
Shema dizajna i procesa za ojačanje otpornošću na zamor rupa za vijke na pločici prihvaća kombiniranu strategiju "optimizacije oblika rupe + ojačanja periferije rupe". Optimizacija oblika rupe mijenja tradicionalnu kružnu rupu u eliptičnu rupu, a smjer duge osi elipse u skladu je sa smjerom naprezanja, što može smanjiti faktor koncentracije naprezanja oko rupe s 3,0 na ispod 1,5, uvelike smanjujući vjerojatnost nastanka pukotine. Za standardne riblje ploče čiji se oblik otvora ne može mijenjati, usvojen je postupak ojačanja oboda otvora valjanjem. Unutarnja stijenka rupe za vijak je hladno{6}}valjana pomoću alata za valjanje kako bi se formirao sloj zaostalog tlačnog naprezanja debljine 0,2-0,3 mm oko rupe. Vrijednost zaostalog tlačnog naprezanja može doseći -300MPa do -400MPa, što može učinkovito neutralizirati učinak izmjeničnog vlačnog naprezanja i odgoditi širenje pukotina oko rupe. Ojačanje periferije rupe također može usvojiti postupak laserskog kaljenja za lokalno kaljenje periferije rupe za vijak kako bi se formirao očvrsnuti prsten širine 5-8 mm. Tvrdoća kaljenog prstena može doseći iznad HRC55, što poboljšava otpornost na habanje i otpornost na zamor periferije rupe. Shema dizajna također treba uzeti u obzir točnost pristajanja između rupe za vijak i vijka, usvajajući prijelazno pristajanje, a razmak pristajanja kontrolira se na 0,05-0,1 mm kako bi se izbjegla koncentracija naprezanja uzrokovana prekomjernim razmakom. Nakon implementacije procesne sheme, potrebna su ispitivanja zamora kako bi se potvrdila otpornost na zamor rupa za vijke kako bi se osiguralo da nema pukotina oko rupa pod 1 milijun izmjeničnih opterećenja.
Koji su ključni pokazatelji i standardi ocjenjivanja za otkrivanje performansi zamora pločastih spojeva?
Osnovni pokazatelji za otkrivanje performansi zamora spojeva riblje ploče uključuju tri kategorije: vijek trajanja od zamora, naprezanje oko rupa za vijke i trošenje kontaktne površine. Detekcija vijeka trajanja od zamora koristi ispitni uređaj za ispitivanje zamora zglobova za simulaciju udarnih opterećenja kotača-tračnice. Pločasti spojevi za-brze željezničke pruge moraju proći 5 milijuna ciklusa opterećenja bez oštećenja, oni za teške-tegorske pruge moraju proći 3 milijuna ciklusa opterećenja bez oštećenja, a oni za obične-brze pruge moraju proći 2 milijuna ciklusa opterećenja bez oštećenja. Detekcija naprezanja oko rupa za vijke usvaja metodu ispitivanja mjerača naprezanja. Mjerači naprezanja zalijepljeni su oko rupa za mjerenje vrijednosti naprezanja pod izmjeničnim opterećenjima. Vrijednost naprezanja mora biti niža od granice zamora materijala ploče, a faktor koncentracije naprezanja je manji ili jednak 1,5. Detekcija istrošenosti kontaktne površine mjeri se profilerom. Nakon simulacije ciklusa opterećenja, dubina istrošenosti kontaktne površine manja ili jednaka 0,2 mm je kvalificirana kako bi se osiguralo da ne utječe na stupanj pristajanja spoja. Standard ocjenjivanja je da svi pokazatelji detekcije zadovoljavaju standarde, vijek trajanja spoja riblje ploče od zamora zadovoljava zahtjeve dizajna, a stopa kvalifikacije iste serije ribljih ploča je veća ili jednaka 98%. Osim toga, također je potrebno otkriti pokazatelje kao što su točnost dimenzija i raspodjela tvrdoće riblje ploče kako bi se osigurao učinak procesa gradijentnog ojačanja. Nekvalificirani proizvodi moraju se preraditi ili odbaciti kako bi se osigurala sigurnost inženjerskih aplikacija.