L'importanza delle ruote nella sicurezza dei veicoli metropolitani
Grazie alla sua elevata efficienza e capacità, il trasporto ferroviario si è affermato come una delle alternative più importanti per ridurre la congestione del traffico, soprattutto nelle aree urbane. Anche se non si sono verificati incidenti rilevanti o gravi legati alla sicurezza, lo sviluppo dell’industria e il progresso tecnologico hanno realmente aumentato l’importanza della sicurezza del funzionamento dei treni. La ruota è una delle parti importanti del veicolo della metropolitana. Le caratteristiche delle linee della metropolitana sono più complesse di quelle dei treni ad alta velocità e le frequenti frenate e accelerazioni possono facilmente danneggiare le ruote. I tipi più comuni di danni alle ruote includono usura del cerchione, graffi del battistrada, usura del battistrada, sfaldamento del battistrada e caduta dei cerchioni. Inoltre, il movimento relativo tra la ruota e il binario durante la riparazione della ruota può causare l'usura del battistrada dello pneumatico. È molto importante studiare le prestazioni di attrito radente della ruota per garantire la sicurezza del treno.
Tecnologia di rivestimento laser
La tecnologia di rivestimento laser deposita uno strato superficiale di leghe metalliche su un substrato, che ha molte potenziali applicazioni nella riparazione di parti ad alto valore aggiunto e ha una forte resistenza all'usura e alle cricche da fatica da contatto volvente.
La tecnologia di rivestimento laser rafforza il materiale e fa sì che la superficie del substrato ottenga una qualità superiore. La maggior parte dei ricercatori ritiene che la tecnologia di rivestimento laser possa utilizzare varie polveri di lega per produrre rivestimenti in lega con resistenza all'usura, riduzione dell'attrito, resistenza alla corrosione, resistenza alla fatica e resistenza all'ossidazione.
La scelta della giusta polvere di lega è molto importante per la tecnologia di rivestimento laser. Le polveri a base di ferro e nichel vengono spesso utilizzate nelle strutture dei binari e delle ruote. Le due polveri differiscono però per composizione, funzione e caratteristiche.
Analisi dell'attrito radente a secco e delle proprietà di usura delle leghe di Ni e Fe nella riparazione di ruote metropolitane
Resta inteso che i ricercatori hanno confrontato le prestazioni dei rivestimenti in lega a base di Ni e a base di Fe nella riparazione delle ruote della metropolitana. Il materiale ER9 delle ruote ferroviarie è rivestito con leghe a base di Ni e Fe mediante tecnologia di fusione laser. Il rivestimento risultante ha una microstruttura densa, senza difetti, crepe o pori.
I ricercatori hanno utilizzato la spettroscopia a dispersione di energia (EDS), la microscopia elettronica a scansione (SEM), la topografia ottica 3D e il diffrattometro a raggi X (XRD) per studiare la morfologia della microstruttura, gli elementi di interfaccia e i tipi di fase del rivestimento.
Le proprietà meccaniche del rivestimento sono state testate utilizzando il tester elettrochimico alternativo per usura e attrito MFT-EC4000 e il tester Vickers Microdurezza. Sono stati selezionati rivestimenti a base di Ni con fasi (Ni, Fe), Cr23C6 e Cr7C3 e rivestimenti a base di Fe con fasi in soluzione solida -Fe, (Fe-Cr-Ni) e (Fe, Ni).
Nelle leghe a base di Ni, la deposizione di cromo migliora il legame interatomico e contribuisce al rafforzamento della soluzione solida. Inoltre, la presenza della fase di carburo duro e della soluzione solida nella struttura del rivestimento aumentano la resistenza alla compressione e alla trazione del materiale.
Nelle leghe a base di Ni, la deposizione di cromo migliora il legame interatomico e contribuisce al rafforzamento della soluzione solida. Inoltre, la presenza della fase di carburo duro e della soluzione solida nella struttura del rivestimento aumentano la resistenza alla compressione e alla trazione del materiale.
Quando l'usura adesiva era il meccanismo di usura principale, il rivestimento a base di Ni presentava un'ossidazione più grave alla fine dei test di usura e attrito.
La durezza del rivestimento a base di Fe è 715 HV0,7, ovvero 2,86 volte quella del materiale di base. La durezza massima del rivestimento a base di Ni è 268,4HV0,7. Inoltre, il coefficiente di attrito del rivestimento a base Ni è inferiore a quello del rivestimento a base Fe. In termini di usura e attrito, la durata del rivestimento a base di Ni è circa quattro volte quella del rivestimento a base di Fe.
A causa della presenza della fase di soluzione solida, i rivestimenti a base di Fe mostrano un rafforzamento della soluzione solida. L'estinzione locale avviene a causa del preriscaldamento del rivestimento fuso, che aumenta la durezza e la resistenza all'usura del tessuto.
La funzionalità del rivestimento a base di Ni ad alte temperature soddisfa le aspettative e anche la sua durezza e qualità di attrito sono basse. Tuttavia, i vantaggi economici delle leghe a base di Ni sono scarsi.
Questo studio dimostra che la tecnologia di rivestimento laser può migliorare la durezza e la resistenza all'usura delle ruote. Inoltre, gli studi hanno dimostrato che quando il rivestimento della lega è uguale al materiale sottostante, la polvere di lega può apportare miglioramenti prestazionali più significativi.
A causa del rapporto di usura ottimale tra cingolo e ruota e dell'elevata resistenza all'usura e durezza del rivestimento, i rivestimenti a base di Fe non sono adatti per il rivestimento delle ruote.
Riferimento:
Xiao, Q., Zhang, B. e Yang, W. (2022) Proprietà tribologiche di scorrimento dei rivestimenti in lega di rivestimento laser sulle ruote della metropolitana. https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm