De compatibiliteit van de materiaalkeuze van railspijkers met verankeringsmethoden voor dwarsliggers
Wat zijn de belangrijkste prestatieverschillen tussen spoorwegspikes van koolstofstaal en gelegeerd staal?
Koolstofstalen spikes zijn gemaakt van Q235- of 45-staal. Hun kernprestatiekenmerken zijn matige sterkte, goede taaiheid en lage kosten. Hun treksterkte is groter dan of gelijk aan 450 MPa, de hardheid kleiner dan of gelijk aan HB200, en ze hebben een uitstekende bewerkbaarheid, waardoor ze geschikt zijn voor massaproductie. Spikes van gelegeerd staal hebben daarentegen legeringselementen toegevoegd, zoals chroom, mangaan en vanadium. Na warmtebehandeling is hun treksterkte groter dan of gelijk aan 800 MPa en kan hun hardheid HB280-320 bereiken. Hun sterkte en weerstand tegen vermoeidheid zijn veel beter dan die van koolstofstalen spikes. Spikes van gelegeerd staal hebben ook een grotere slijtvastheid en zijn bestand tegen draadslijtage veroorzaakt door langdurige trillingen. Beide hebben een relatief zwakke corrosieweerstand, waardoor oppervlaktebehandeling nodig is om hun beschermende eigenschappen te verbeteren. Koolstofstalen spikes zijn geschikt voor conventionele snelheidslijnen en stationssporen; Spikes van gelegeerd staal zijn geschikt voor lijnen met hoge-snelheid en zware belasting en zijn bestand tegen grotere impacts.
Voor welke speciale lijnen zijn roestvrijstalen spikes geschikt, en waarom worden ze minder vaak gebruikt in gewone lijnen?
Roestvrijstalen spoorspikes (meestal gemaakt van roestvrij staal 304 of 316) hebben een uitstekende corrosieweerstand en zijn vooral geschikt voor lijnen in zoutsproeigebieden aan de kust, chemisch vervuilde gebieden en vochtige omgevingen zoals tunnels. Deze gebieden kennen een agressieve corrosieve omgeving, en zelfs met een oppervlaktebehandeling zijn spoorpinnen van koolstofstaal en gelegeerd staal vatbaar voor roest, wat leidt tot een afname van de verankeringssterkte. Roestvaststalen rupspinnen bieden daarentegen onderhouds-gratis, langdurige- corrosiebescherming. De belangrijkste reden voor het beperkte gebruik van roestvrijstalen spoorpinnen in gewone lijnen zijn de hoge kosten; ze kosten 5-8 keer meer dan spoorspikes van koolstofstaal, waardoor de bouwkosten aanzienlijk stijgen. Bovendien hebben roestvrijstalen rupspinnen een lagere hardheid en draadsterkte vergeleken met gelegeerde stalen rupspinnen, waardoor ze gevoelig zijn voor draadstripping bij zware- belastingslijnen. Daarom zijn ze alleen geschikt voor leidingen met lichte belasting in speciale corrosieve omgevingen.
Waarom wordt bij zwavelverankering de voorkeur gegeven aan spoorpinnen van koolstofstaal boven spoorpinnen van gelegeerd staal?
Zwavelverankering fixeert spoorspikes door de hechtkracht van zwavelmortel. Spoorspijkers van koolstofstaal hebben vooral de voorkeur omdat hun oppervlakteruwheid matig is, wat resulteert in een betere hechting aan zwavelmortel. De oxidehuid en de micro-ruwheid van koolstofstalen spoorpinnen verhogen de mechanische bindingskracht tussen de spikes en de zwavelmortel, wat resulteert in een stabielere verankering. Spoorspijkers van gelegeerd staal, doorgaans hittebehandeld-, hebben gladde oppervlakken en een hoge hardheid, wat leidt tot een zwakkere hechting aan zwavelmortel en de neiging om los te laten als gevolg van trillingen na verankering. Zwavelverankerde-lijnen zijn meestal conventionele snelheidslijnen of stationlijnen met relatief lage belastingen; de sterkte van de spoorspikes van koolstofstaal is voldoende voor hun vereisten, waardoor er geen behoefte is aan spiesen van gelegeerd staal met een hoge- sterkte. Bovendien ligt de thermische uitzettingscoëfficiënt van koolstofstalen spoorspijkers dichter bij die van zwavelmortel, waardoor gesynchroniseerde vervorming ontstaat tijdens temperatuurveranderingen en de kans op delaminatie wordt verkleind.
Welke kerneigenschappen moeten track-spike-materialen die geschikt zijn voor harsverankering bezitten?
Harsverankering fixeert spoorspikes door de hecht- en verankeringskracht van het harsverankeringsmiddel. Geschikte materialen voor spoorspijkers moeten drie kerneigenschappen bezitten: hoge sterkte, hoge hardheid en een schoon oppervlak. Harsverankering wordt voornamelijk gebruikt bij lijnen met hoge- en zware- belasting. De punten moeten bestand zijn tegen enorme uittrek- en schuifkrachten; daarom moet gelegeerd staal worden geselecteerd om een treksterkte groter dan of gelijk aan 800 MPa en weerstand tegen belastingsinvloeden te garanderen. Het puntoppervlak moet worden gezandstraald om oxideaanslag en olie te verwijderen, met een oppervlakteruwheid Ra die tussen 6,3 en 12,5 μm wordt geregeld om het hechtingsgebied met het harsverankeringsmiddel te vergroten en de verankeringskracht te verbeteren. De hardheid van de spijker moet groter zijn dan of gelijk zijn aan HB280 om plastische vervorming tijdens verankering en service te voorkomen. Bovendien moet de thermische uitzettingscoëfficiënt van het spijkermateriaal dichtbij die van het harsverankeringsmiddel liggen om scheuren van het verankeringsmiddel als gevolg van temperatuurveranderingen te voorkomen.
Waarom moeten bij mechanische verankeringsmethoden (zoals schroefpinnen) gelegeerde staalmaterialen worden gebruikt?
Mechanische verankering zorgt voor fixatie doordat de draden van de spijker in contact komen met de voor-ingebedde huls in de dwarsligger. Als kerncomponent van mechanische verankering moeten schroefpinnen gemaakt zijn van gelegeerd staal, een vereiste die wordt bepaald door hun spanningseigenschappen. Ten eerste is mechanische verankering niet afhankelijk van lijm; het brengt belastingen volledig over via de mechanische vergrendeling tussen de spijkerdraden en de huls. De piek moet bestand zijn tegen een enorme trekkracht en koppel. Koolstofstaal heeft onvoldoende sterkte en is zeer gevoelig voor draadslippen of breuken. Ten tweede worden ballastloze sporen op grote schaal gebruikt in hoge-snelheidsspoorwegen en passagiers-lijnen, die extreem hoge eisen stellen aan de gladheid van het spoor. Na het blussen en ontlaten bieden de gelegeerde stalen spikes een uitzonderlijke dimensionale stabiliteit en zijn ze effectief bestand tegen plastische vervorming veroorzaakt door langdurige treintrillingen. Bovendien kan het oppervlak van gelegeerde stalen spikes worden bewerkt om een hogere schroefdraadprecisie te bereiken, wat resulteert in een minimale speling met vooraf-ingebedde hulzen, een beter behoud van de voorspanning en het voorkomen van losraken van de spikes. Ten slotte vertoont gelegeerd staal, door oppervlaktebehandelingen zoals zinkinfiltratie, een superieure weerstand tegen vermoeidheid en corrosie in vergelijking met koolstofstaal, waardoor wordt gegarandeerd dat de piek tijdens zijn levensduur niet bezwijkt. Daarom is deTechnische voorwaarden voor ballastloze hogesnelheidsspoorlijnenbepaalt expliciet dat schroefspiesen moeten worden vervaardigd met behulp van 40Cr of gelegeerd staal met een gelijkwaardige sterkte.