Hjulens betydelse för säkerheten för tunnelbanefordon
På grund av sin höga effektivitet och höga kapacitet har järnvägstransporter etablerats som ett av de viktigaste alternativen för att minska trafikstockningarna, särskilt i tätorter. Även om det inte har inträffat några större eller allvarliga säkerhetsolyckor har industrins utveckling och tekniska framsteg verkligen ökat vikten av säker tågdrift. Hjulet är en av de viktiga delarna av tunnelbanefordonet. T-banelinjernas egenskaper är mer komplexa än höghastighetståg, och frekventa inbromsningar och accelerationer kan lätt skada hjulen. Vanliga typer av hjulskador inkluderar fälgslitage, slitbaneskrap, slitbaneslitage, slitbana flagnar och fälgar som faller av. Dessutom kan den relativa rörelsen mellan hjulet och skenan under hjulreparation göra att däckets slitbana slits. Det är mycket viktigt att studera hjulets glidfriktionsprestanda för att säkerställa tågets säkerhet.
Laserbeklädnadsteknik
Laserbeklädnadsteknik avsätter ett ytskikt av metallegeringar på ett substrat, vilket har många potentiella tillämpningar för att reparera delar med högt förädlingsvärde och har stark motståndskraft mot slitage och utmattningssprickor vid rullande kontakt.
Laserbeklädnadsteknik stärker materialet och gör att underlagets yta får överlägsen kvalitet. De flesta forskare tror att laserbeklädnadsteknik kan använda olika legeringspulver för att producera legeringsbeläggningar med slitstyrka, friktionsreduktion, korrosionsbeständighet, utmattningsbeständighet och oxidationsbeständighet.
Att välja rätt legeringspulver är mycket viktigt för laserbeklädnadstekniken. Järn- och nickelbaserade pulver används ofta i spår- och hjulkonstruktioner. De två pulvren skiljer sig dock åt i sammansättning, funktion och egenskaper.
Analys av torrglidfriktion och slitageegenskaper hos Ni- och Fe-legeringar vid reparation av metrohjul
Det är underförstått att forskarna jämförde prestandan hos Ni-baserade och Fe-baserade legeringsbeläggningar vid reparation av tunnelbanehjul. ER9-materialet i järnvägshjul är belagt med Ni- och Fe-baserade legeringar med lasersmältningsteknik. Den resulterande beläggningen har tät mikrostruktur, inga defekter, sprickor eller porer.
Forskarna använde energispridningsspektroskopi (EDS), svepelektronmikroskopi (SEM), 3D optisk topografi och röntgendiffraktometer (XRD) för att studera mikrostrukturens morfologi, gränssnittselement och fastyper av beläggningen.
De mekaniska egenskaperna hos beläggningen testades med MFT-EC4000 fram- och återgående elektrokemisk slitage- och friktionstestare och Vickers Microhardness tester. Ni-baserade beläggningar med (Ni, Fe), Cr23C6 och Cr7C3 faser och Fe-baserade beläggningar med -Fe, (Fe-Cr-Ni) och (Fe, Ni) fasta lösningsfaser valdes.
I Ni-baserade legeringar förbättrar kromavsättningen interatomisk bindning och bidrar till att stärka fast lösning. Dessutom ökar närvaron av hård karbidfas och den fasta lösningen i beklädnadsstrukturen materialets tryckhållfasthet och draghållfasthet.
I Ni-baserade legeringar förbättrar kromavsättningen interatomisk bindning och bidrar till att stärka fast lösning. Dessutom ökar närvaron av hård karbidfas och den fasta lösningen i beklädnadsstrukturen materialets tryckhållfasthet och draghållfasthet.
När limnötning var den primära slitmekanismen upplevde den Ni-baserade beläggningen mer allvarlig oxidation i slutet av slitage- och friktionstesterna.
Hårdheten för den Fe-baserade beläggningen är 715 HV0.7, vilket är 2.86 gånger basmaterialets. Den maximala hårdheten för den Ni-baserade beläggningen är 268,4HV0.7. Dessutom är friktionskoefficienten för den Ni-baserade beläggningen lägre än den för den Fe-baserade beläggningen. När det gäller slitage och friktion är hållbarheten för den Ni-baserade beläggningen ungefär fyra gånger den för den Fe-baserade beläggningen.
På grund av närvaron av fast lösningsfas uppvisar Fe-baserade beläggningar fast lösningsförstärkning. Lokal härdning uppstår på grund av förvärmningen av smältbeläggningen, vilket ökar vävnadens hårdhet och slitstyrka.
Funktionen hos den Ni-baserade beläggningen vid höga temperaturer uppfyller förväntningarna och dess hårdhet och friktionskvalitet är också låg. De ekonomiska fördelarna med Ni-baserade legeringar är dock dåliga.
Denna studie visar att laserbeklädnadsteknik kan förbättra hårdheten och slitstyrkan hos hjul. Dessutom har studier visat att när legeringsbeläggningen är densamma som det underliggande materialet kan legeringspulvret ge mer betydande prestandaförbättringar.
På grund av det optimala slitageförhållandet mellan bandet och hjulet och beläggningens höga slitstyrka och hårdhet är Fe-baserade beläggningar inte lämpliga för hjulbeklädnad.
Referens:
Xiao, Q., Zhang, B., & Yang, W. (2022) Glidande tribologiska egenskaper hos laserbeklädnadslegeringsbeläggningar på tunnelbanehjul. https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm