Význam kolies pre bezpečnosť vozidiel metra
Železničná doprava sa vďaka svojej vysokej efektívnosti a vysokej kapacite etablovala ako jedna z najdôležitejších alternatív znižovania dopravných zápch, najmä v mestských oblastiach. Hoci nedošlo k žiadnym väčším alebo závažným bezpečnostným nehodám, rozvoj priemyslu a technologický pokrok skutočne zvýšili význam bezpečnej prevádzky vlakov. Koleso je jednou z dôležitých súčastí vozidla metra. Charakteristiky liniek metra sú zložitejšie ako vysokorýchlostné vlaky a časté brzdenie a zrýchľovanie môže ľahko poškodiť kolesá. Bežné typy poškodenia kolesa zahŕňajú opotrebovanie ráfika, škrabance behúňa, opotrebovanie behúňa, odlupovanie behúňa a odpadávanie ráfikov. Okrem toho relatívny pohyb medzi kolesom a koľajnicou počas opravy kolesa môže spôsobiť opotrebovanie behúňa pneumatiky. Je veľmi dôležité študovať výkon klzného trenia kolesa, aby sa zabezpečila bezpečnosť vlaku.
Technológia laserového obkladu
Technológia laserového plátovania nanáša povrchovú vrstvu kovových zliatin na substrát, ktorý má mnoho potenciálnych aplikácií pri opravách dielov s vysokou pridanou hodnotou a má silnú odolnosť voči opotrebovaniu a únavovým trhlinám pri valcovaní.
Technológia laserového opláštenia spevňuje materiál a umožňuje, aby povrch substrátu získal vynikajúcu kvalitu. Väčšina výskumníkov verí, že technológia laserového plátovania môže používať rôzne zliatinové prášky na výrobu zliatinových povlakov s odolnosťou proti opotrebeniu, znížením trenia, odolnosťou proti korózii, únavou a odolnosťou proti oxidácii.
Výber správneho zliatinového prášku je pre technológiu laserového plátovania veľmi dôležitý. V konštrukciách pásov a kolies sa často používajú prášky na báze železa a niklu. Tieto dva prášky sa však líšia zložením, funkciou a vlastnosťami.
Analýza vlastností suchého klzného trenia a opotrebovania zliatin Ni a Fe pri opravách kolies metra
Je zrejmé, že výskumníci porovnávali výkon zliatinových povlakov na báze Ni a Fe pri oprave kolies metra. Materiál ER9 železničných kolies je potiahnutý zliatinami na báze Ni a Fe technológiou tavenia laserom. Výsledný náter má hustú mikroštruktúru, žiadne defekty, praskliny alebo póry.
Výskumníci použili energetickú disperznú spektroskopiu (EDS), skenovaciu elektrónovú mikroskopiu (SEM), 3D optickú topografiu a röntgenový difraktometer (XRD) na štúdium morfológie mikroštruktúry, prvkov rozhrania a fázových typov povlaku.
Mechanické vlastnosti povlaku boli testované pomocou MFT-EC4000 vratného elektrochemického testera opotrebenia a trenia a Vickers Microhardness tester. Boli vybrané povlaky na báze Ni s fázami (Ni, Fe), Cr23C6 a Cr7C3 a povlaky na báze Fe s fázami tuhého roztoku -Fe, (Fe-Cr-Ni) a (Fe, Ni).
V zliatinách na báze Ni ukladanie chrómu zvyšuje medziatómovú väzbu a prispieva k spevneniu tuhého roztoku. Okrem toho prítomnosť tvrdej karbidovej fázy a tuhého roztoku v štruktúre plášťa zvyšujú pevnosť v tlaku a pevnosť v ťahu materiálu.
V zliatinách na báze Ni ukladanie chrómu zvyšuje medziatómovú väzbu a prispieva k spevneniu tuhého roztoku. Okrem toho prítomnosť tvrdej karbidovej fázy a tuhého roztoku v štruktúre plášťa zvyšujú pevnosť v tlaku a pevnosť v ťahu materiálu.
Keď bolo primárnym mechanizmom opotrebovania adhézne opotrebenie, povlak na báze Ni zaznamenal na konci testov opotrebenia a trenia silnejšiu oxidáciu.
Tvrdosť povlaku na báze Fe je 715 HV0,7, čo je 2.86-násobok tvrdosti základného materiálu. Maximálna tvrdosť povlaku na báze Ni je 268,4HV0.7. Okrem toho je koeficient trenia povlaku na báze Ni nižší ako koeficientu povlaku na báze Fe. Pokiaľ ide o opotrebovanie a trenie, trvácnosť povlaku na báze Ni je približne štvornásobná v porovnaní s povlakom na báze Fe.
V dôsledku prítomnosti fázy tuhého roztoku vykazujú povlaky na báze Fe spevnenie tuhého roztoku. K lokálnemu kaleniu dochádza v dôsledku predhrievania tavného povlaku, čo zvyšuje tvrdosť a odolnosť tkaniva voči opotrebovaniu.
Funkcia povlaku na báze Ni pri vysokých teplotách spĺňa očakávania, nízka je aj jeho tvrdosť a kvalita trenia. Ekonomické výhody zliatin na báze Ni sú však slabé.
Táto štúdia ukazuje, že technológia laserového plátovania môže zlepšiť tvrdosť a odolnosť kolies proti opotrebovaniu. Okrem toho štúdie ukázali, že keď je zliatinový povlak rovnaký ako základný materiál, zliatinový prášok môže priniesť výraznejšie zlepšenie výkonu.
Kvôli optimálnemu vzťahu opotrebenia medzi pásom a kolesom a vysokej odolnosti proti opotrebeniu a tvrdosti povlaku nie sú povlaky na báze Fe vhodné na opláštenie kolies.
Referencia:
Xiao, Q., Zhang, B., & Yang, W. (2022) Klzné tribologické vlastnosti zliatinových povlakov laserového obloženia na kolesách metra. https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm