¿De qué está hecho el metal de las vías férreas?

El acero para vías férreas, conocido comúnmente como acero para rieles, es un acero especial dentro de los productos metalúrgicos que se utiliza principalmente para las vías del tren. El riel soporta el peso y la carga dinámica del tren. Su superficie se desgasta y la cabeza sufre impactos. Además, el riel está sometido a grandes tensiones de flexión. La compleja presión a la que se ve sometido y su uso prolongado provocan daños en los rieles.

Los principales daños que sufre el metal de las vías férreas

El desgaste lateral del cordón superior y la compresión del cordón inferior.
El desgaste ondulado se debe a una resistencia al límite elástico insuficiente.
Las fracturas frágiles, el desprendimiento de fragmentos, la caída de bloques, la fisuración de la cabeza del riel y las grietas en las soldaduras se deben a una baja tenacidad y plasticidad.

Por lo tanto, los requisitos básicos del acero para rieles incluyen: resistencia al desgaste, resistencia a la compresión, resistencia a la fractura frágil, resistencia a la fatiga y buena soldabilidad.

Material típico del acero para vías férreas

Según el tipo de acero, el material de los rieles para vía férreaLos s se pueden dividir en tres tipos:

Acero al carbono

El acero al carbono es un carril de acero fundido y laminado a partir de mineral de hierro natural. Aprovecha principalmente los elementos de carbono y manganeso presentes en el mineral para aumentar la resistencia del carril. El acero común para vías de tren de carbono está compuesto por 0,401 %-0,801 % de carbono y menos de 1,301 %-1,41 % de manganeso.

Acero aleado

El acero aleado es un carril de acero que se funde y se lamina tras añadir cantidades adecuadas de elementos de aleación, como vanadio, titanio, cromo y estaño, al mineral de hierro original. La resistencia y la tenacidad de este tipo de carril son superiores a las del carril de carbono.

Acero tratado térmicamente

El riel de acero tratado térmicamente es un riel de acero que se fabrica mediante el calentamiento y el control del enfriamiento de un riel de carbono o de aleación laminado en caliente. La estructura de perlita del riel tratado térmicamente es más refinada que la del riel laminado en caliente, lo que se traduce en una mayor resistencia y tenacidad. El riel endurecido tras el tratamiento térmico presenta una capa de corrección de endurecimiento en la cabeza del riel, lo que mejora considerablemente sus propiedades mecánicas y permite prolongar la vida útil del riel.

La composición química del acero de las vías férreas

No.	Elemento	Función
1	C	Mejorar la resistencia, la dureza y la resistencia al desgaste del carril. El contenido de carbono de los carriles nacionales oscila entre 0,651 % y 0,821 %. Cuando el contenido de carbono es relativamente alto, el acero se vuelve frágil y su índice de plasticidad se reduce significativamente. Al mismo tiempo, aumentará la probabilidad de que aparezcan manchas blancas en el acero.
2	Sí	Se combina fácilmente con la oxidación y puede desempeñar la función de eliminar las burbujas del metal. El acero contiene una cantidad adecuada de silicio, lo que puede mejorar la dureza y la resistencia al desgaste del acero. El contenido de silicio en el acero para rieles de uso doméstico es generalmente de 0,159-0,91 %, pero un contenido excesivo hará que el acero sea duro y quebradizo, y es fácil que se formen poros en la soldadura.
3	Mn	Es un elemento beneficioso que puede mejorar la resistencia mecánica y la resistencia al desgaste del acero, además de aumentar su tenacidad. Permite eliminar las inclusiones nocivas de óxido de hierro y sulfuro presentes en el acero. El contenido de manganeso se controla generalmente entre 0,61 % y 1,541 %. El acero con un contenido de manganeso superior al 1,21 % se denomina acero de manganeso medio, y su resistencia al desgaste es muy alta.
4	Cu	Es un elemento beneficioso. El acero contiene una pequeña cantidad de compuestos de cobre, que pueden mejorar la resistencia a la fatiga y a la corrosión del acero. El contenido de cobre de los rieles de acero nacionales suele estar entre 0,101 % y 0,401 %. Si el proceso de laminado del riel que contiene cobre no es adecuado, se producirán grietas en forma de espina de pescado en la superficie del riel
5	P	Es un elemento nocivo. El mayor riesgo que presenta el fosfuro es que reduce la plasticidad y la tenacidad del acero. Especialmente a bajas temperaturas, aumenta la fragilidad en frío del acero, lo que provoca fácilmente la rotura de los rieles, por lo que su contenido se controla para que no supere el 0,041 %.
6	S	El azufre es un elemento nocivo. A menudo queda en el acero en forma de gránulos. Cuando se lamina el carril, este se lamina junto con el acero en láminas, lo que provoca delaminación o grietas longitudinales en el carril. El contenido de azufre se controla para que no supere el 0,051 %.

Los principales elementos químicos y funciones de los rieles, excepto el hierro

Las propiedades mecánicas del metal de las vías férreas

Fuerza

La capacidad del riel para resistir la deformación y el daño bajo carga. A menudo se expresa en términos de límite de resistencia, límite de elasticidad y otros indicadores. El límite de resistencia (resistencia a la tracción) se refiere a la capacidad del material metálico para resistir la carga de tracción y la tensión máxima sin romperse. El límite de elasticidad (resistencia al rendimiento) se refiere a la tensión a la que el material metálico aún puede producir una deformación plástica significativa sin aumentar la carga. La unidad es MPa.

Plasticidad

El material metálico sufrió una deformación significativa sin sufrir daños bajo la carga y puede mantener la forma deformada una vez que se retira la carga. A menudo se expresa en términos de alargamiento y contracción. El alargamiento es el porcentaje que representa la relación entre la longitud calibrada y la longitud calibrada original después de que la muestra se rompa. La contracción de la sección es el porcentaje de la relación entre la reducción del área de fractura de la muestra y el área de entalpía original.

Dureza

La capacidad de un material metálico para resistir la presión ejercida por otro objeto (material) más duro sobre su superficie. Según los distintos métodos de medición, se puede clasificar en dureza Brinell (HB) y dureza Rockwell (HRC).

La experiencia ha demostrado que existe una cierta relación entre la dureza y la resistencia, que puede estimarse a partir del valor de dureza Brinell.

Calcula la resistencia a la tracción del material. Por ejemplo, el acero con bajo contenido de carbono tiene un valor de 6b ≈ 0,36 HB, mientras que el acero con alto contenido de carbono tiene un valor de 6b ≈ 0,34 HB.

Resiliencia

La capacidad de los materiales metálicos para resistir cargas de impacto sin sufrir daños. La tenacidad de los materiales metálicos se puede medir mediante el ensayo de impacto y se expresa mediante el valor de tenacidad al impacto αk en kJ/m².

Resistencia a la fatiga

Bajo la acción de una carga alterna, el material se fractura. La capacidad de los materiales metálicos para resistir la fatiga se mide mediante la resistencia a la fatiga. La resistencia a la fatiga es la tensión máxima que puede soportar un material metálico bajo cargas alternas repetidas sin fallar.