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

El metal para carriles, conocido comúnmente como acero para vías férreas, es un acero especial dentro de los productos metalúrgicos que se utiliza principalmente para las vías del tren. El carril soporta el peso y la carga dinámica del tren. Su superficie se desgasta y la cabeza sufre impactos. Además, el carril está sometido a grandes tensiones de flexión. Las complejas condiciones de funcionamiento y el uso prolongado provocan daños en los carriles.

Los principales daños que sufre el metal de las vías férreas

El desgaste lateral del cordón superior y la deformación 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 carril y las grietas en las soldaduras se deben a una baja tenacidad y plasticidad.

Por lo tanto, los requisitos básicos del acero para carriles son: 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 carriles para vía del trenSe 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 al carbono común para vías férreas está compuesto por un contenido de carbono de 0,401 % a 0,801 % y un contenido de manganeso inferior a 1,301 % a 1,41 %.

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

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 considerablemente. 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 carriles de uso doméstico suele ser de 0,159-0,91 %, pero un contenido excesivo endurecerá el acero y lo hará 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 carriles de acero nacionales suele estar entre 0,101 % y 0,401 %. Si el proceso de laminación del carril que contiene cobre no es adecuado, aparecerán grietas en forma de espina de pescado en la superficie del carril.
5	P	Es un elemento nocivo. El mayor riesgo que plantea 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 carriles, por lo que su contenido se controla para que no supere el 0,041 %.
6	S	El azufre es un elemento nocivo. A menudo permanece en el acero en forma de gránulos. Cuando se lamina el carril, este se lamina junto con el acero en chapas, 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 carriles, aparte del hierro

Las propiedades mecánicas del metal de las vías férreas

Fuerza

La capacidad del carril para resistir la deformación y los daños 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 a la tensión máxima a la que no se rompe. 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 que aumente la carga. La unidad es MPa.

Plasticidad

El material metálico sufrió una deformación significativa sin sufrir daños bajo la carga y es capaz de 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 tras la rotura de la muestra. La contracción de la sección es el porcentaje de la relación entre la reducción del área de fractura de la muestra y el área entálpica original.

Dureza

La capacidad de un material metálico para resistir la presión que ejerce 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 en carbono tiene un valor de 6b ≈ 0,36 HB, mientras que el acero con alto contenido en 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 puede medirse mediante el ensayo de impacto y expresarse 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.