Como uma pequena plataforma ferroviária pode suportar o impacto de um trem de dez mil toneladas? – Uma discussão sobre tecnologia de fundição de aço com alto teor de manganês

1. A excelente resistência ao desgaste dos coxins ferroviários de aço com alto teor de manganês

Almofadas ferroviárias são componentes-chave colocados entre trilhos de aço e travessas de concreto, e eles devem suportar constantemente a imensa pressão, impacto, e atrito das rodas do trem. A razão pela qual o aço com alto teor de manganês é a melhor escolha para fabricá-los reside na sua resistência única ao desgaste..

1.1 Esta resistência ao desgaste não significa que o material seja tão duro quanto uma rocha desde o início. Pelo contrário, as pastilhas de aço com alto teor de manganês recentemente produzidas não são particularmente duras. A magia está em seus “quanto mais eles são espancados, mais fortes eles se tornam” propriedade, profissionalmente conhecido como “endurecimento por trabalho”.

A composição química do aço com alto teor de manganês é a razão fundamental. Contém aproximadamente 1.2% carbono e 11% para 14% manganês. Este alto teor de manganês confere-lhe uma estrutura cristalina austenítica à temperatura ambiente. A própria austenita é altamente dúctil, mas carece de dureza.

1.2 Quando as rodas do trem pressionam repetidamente a superfície da almofada, aplicando intensa pressão e fricção, é como martelar continuamente a superfície da almofada com alta energia. Esta força externa desencadeia mudanças significativas na estrutura da austenita, causando inúmeras distorções e desalinhamentos na rede. Neste ponto, o manganês no aço desempenha um papel crucial, evitando que a austenita se transforme em outras estruturas mais macias. Em vez de, promove a formação de um grande número de carbonetos finos dentro dos grãos de austenita severamente distorcidos e cria uma estrutura de discordância de alta densidade.

1.3 O resultado é que a camada superficial da pastilha em contato com as rodas (cerca de alguns milímetros de profundidade) aumenta rapidamente sua dureza para mais de duas vezes seu estado inicial, tornando-se extremamente duro e resistente ao desgaste. Enquanto isso, o núcleo da almofada, que não tenha sido submetido a impacto intenso, mantém sua estrutura original de austenita e permanece altamente dúctil. Isto forma uma combinação perfeita de “duro por fora e duro por dentro”: a superfície dura resiste ao desgaste, enquanto o núcleo resistente evita que o componente quebre sob impacto.

Portanto, a resistência ao desgaste das pastilhas de aço com alto teor de manganês é “dinâmico”. Novas camadas endurecidas substituem constantemente a superfície desgastada até o fim da vida útil do componente. Esta característica combina perfeitamente com as condições de carga pesada e impacto de alta frequência das ferrovias.

2. O processo de fundição de pastilhas de aço com alto teor de manganês

As almofadas de aço com alto teor de manganês são normalmente produzidas por fundição em areia, um método consagrado, mas altamente confiável, especialmente adequado para a fabricação de estruturas complexas que precisam resistir a impactos.

O processo geral é o seguinte:

2.1 Preparação do molde: Primeiro, é feito um modelo de madeira ou metal correspondente exatamente ao desenho da almofada. Então, este modelo é prensado em areia especial para fundição, e após a remoção, uma cavidade em forma de almofada é deixada no molde de areia. Geralmente, dois meios-moldes são feitos, e quando combinado, a cavidade no meio tem o formato da almofada.

2.2 Fundição e vazamento: Em um forno elétrico a arco ou forno de indução de média frequência, sucata de aço, ferro gusa, e elementos de liga calculados com precisão, como ferromanganês e ferrocromo, são fundidos. A temperatura e a composição química devem ser rigorosamente controladas durante o processo de fundição. Uma vez que o aço fundido atinge a temperatura desejada e é refinado, é derramado na cavidade do molde de areia montada.

2.3 Resfriamento e agitação: Depois de derramar, o aço fundido solidifica naturalmente no molde de areia. Uma vez completamente solidificado e resfriado a uma certa temperatura, a caixa de areia está quebrada, e o elenco é removido. Este processo é chamado “abalo”. Neste ponto, a almofada é uma fundição bruta com sistemas de canal e rebarbas anexados.

2.4 Limpeza e tratamento térmico: Este é o passo mais crítico. A peça fundida em bruto após a agitação precisa ter o excesso de portas e rebarbas removidas por corte ou retificação. Então, ele sofre o “tratamento de extinção de água” que determina seu desempenho.

2.5 Tratamento de extinção de água: A peça bruta limpa é aquecida a mais 1050 graus Celsius e mantida nesta temperatura por um tempo suficiente para garantir que todos os carbonetos do aço se dissolvam na austenita, formando uma estrutura uniforme de austenita monofásica. Então, ele é rapidamente baixado em uma piscina de água em temperatura ambiente para têmpera. Este resfriamento rápido “congela” a estrutura de austenita em altas temperaturas até a temperatura ambiente, obtendo assim a estrutura inicial de austenita mencionada anteriormente, que tem excelente tenacidade e capacidade de endurecimento por trabalho. O desempenho do aço com alto teor de manganês não pode ser obtido sem tratamento de resistência à água.

2.6 Acabamento e inspeção: As placas de apoio após o tratamento térmico podem sofrer ligeira deformação e precisam ser endireitadas. Finalmente, os produtos acabados estão sujeitos a inspeção de tamanho, inspeção de qualidade de superfície e testes não destrutivos necessários para garantir que cada placa de apoio atenda aos padrões.

3. Princípios de design de placas de apoio

O projeto das placas de apoio ferroviárias não é uma simples placa de ferro; cada estrutura nela tem um propósito funcional claro.

3.1 Rolamento de pressão e transmissão de força: A função mais básica da placa de apoio é dispersar e transferir a enorme pressão exercida pelas rodas nos trilhos para a área maior dos dormentes de concreto., evitando que os dormentes sejam danificados. Portanto, a área inferior é calculada com precisão para garantir que a pressão nos dormentes esteja dentro de uma faixa segura.

3.2 Medidor de pista e controle de inclinação: A placa de apoio está equipada com um “ranhura da trilha” para colocar os trilhos. A largura da ranhura da pista e a inclinação no lado interno são estritamente reguladas. Limita precisamente a posição dos trilhos, garantindo assim a distância constante (bitola) entre os dois trilhos. Ao mesmo tempo, a inclinação da ranhura da via faz com que os trilhos tenham uma inclinação para dentro, o que ajuda a transmissão mais suave da força das rodas à estrutura da via e melhora a estabilidade da operação do trem.

3.3 Fixação e anti-afrouxamento: A placa de apoio é projetada com furos para passar por fixadores de mola específicos para fixar firmemente os trilhos nas travessas. As posições e resistências destes furos garantem a confiabilidade do sistema de fixação e evitam que os trilhos se movam longitudinalmente ou lateralmente durante a passagem dos trens.

3.4 Absorção de choque e isolamento: Almofadas de borracha são geralmente colocadas entre os trilhos e as placas de apoio, bem como entre as placas de apoio e os dormentes. Essas almofadas podem amortecer impactos, reduzir vibrações e ruído. Ao mesmo tempo, a borracha é um material isolante que pode bloquear a corrente entre os trilhos, garantir o funcionamento normal do sistema de sinalização ferroviária.

3.5 Drenagem e detritos de lastro: O projeto da placa de apoio geralmente leva em consideração a drenagem suave da água da chuva e dos detritos de lastro para evitar o acúmulo de água e o acúmulo de detritos que afetam a condição da linha.

Placas ferroviárias de aço com alto teor de manganês são um componente preciso que integra a ciência dos materiais, tecnologia de fundição e projeto mecânico. Eles utilizam as características exclusivas de endurecimento do aço com alto teor de manganês para resistir ao desgaste; garantir qualidade e desempenho internos por meio de fundição em areia rigorosa e tratamento de resistência à água; e executar múltiplas funções, como rolamento de pressão, posicionamento, fixação e absorção de choque através de projeto estrutural científico. É esta sinergia multifacetada que garante conjuntamente a segurança, estabilidade e eficiência do transporte ferroviário.

Fornecedor

Luoyang Fonyo Indústrias Pesadas Co., Ltda, fundada em 1998, é fabricante de peças fundidas ferroviárias. Nossa fábrica ocupa uma área de 72.600㎡, com mais de 300 funcionários, 32 técnicos, incluindo 5 engenheiros seniores, 11 engenheiros assistentes, e 16 técnicos. Nossa capacidade de produção é 30,000 toneladas por ano. Atualmente, produzimos principalmente fundição, usinagem, e montagem para locomotiva, vagão, trens de alta velocidade, equipamento de mineração, energia eólica, etc..
Somos o fornecedor de peças ferroviárias para CRRC(incluindo mais de 20 empresas filiais e subsidiárias da CRRC), Máquinas de Engenharia Gemac, Grupo Sany, Indústrias Pesadas Cíticas, etc.. Nossos produtos foram exportados para a Rússia, os Estados Unidos, Alemanha, Argentina, Japão, França, África do Sul, Itália e outros países em todo o mundo.