Demiryolu rayları neyden yapılır?

Genel olarak tren rayı çeliği olarak bilinen ray çeliği, metalurji ürünleri arasında yer alan ve esas olarak demiryolu raylarında kullanılan özel bir çelik türüdür. Ray, trenin ağırlığını ve dinamik yükünü taşır. Yüzeyi aşınır ve baş kısmı darbelere maruz kalır. Ray ayrıca büyük eğilme gerilimine de maruz kalır. Zorlu basınç ve uzun süreli kullanım, raylarda hasara yol açar.

Demiryolu raylarındaki başlıca hasarlar

Üst telin yan aşınması ve alt telin ezilmesi.
Dalga aşınması, yetersiz akma dayanımından kaynaklanmaktadır.
Kırılgan kırılma, parçalanma, blok düşmesi, ray başının yarılması ve kaynak çatlakları, düşük tokluk ve plastisiteden kaynaklanır.

Bu nedenle, demiryolu çeliği için temel gereksinimler şunlardır: aşınma direnci, ezilme direnci, kırılma direnci, yorulma direnci ve iyi kaynaklanabilirlik.

Demiryolu ray çeliğinin tipik malzemesi

Çelik türüne göre, ray malzemesi demiryolu hattıs üç türe ayrılabilir:

Karbonlu çelik

Karbon çeliği, doğal ham demir cevherinden eritilip haddelenmiş bir demiryolu rayıdır. Rayın mukavemetini artırmak için cevherdeki karbon ve manganez elementlerinden yararlanılır. Sıradan karbon tren rayı çeliği, 0,40%-0,80% karbon ve 1,30%-1,4%'den az manganezden oluşur.

Alaşımlı çelik

Alaşımlı çelik, ham demir cevherine vanadyum, titanyum, krom ve kalay gibi uygun miktarlarda alaşım elementleri eklendikten sonra eritilip haddelenerek üretilen bir çelik raydır. Bu tür rayların mukavemet ve tokluk değerleri, karbonlu raylara göre daha yüksektir.

Isıl işlem görmüş çelik

Isıl işlem görmüş çelik, sıcak haddelenmiş karbonlu ray veya alaşımlı rayın ısıtılması ve soğutmasının kontrol edilmesi yoluyla üretilen bir çelik raydır. Isıl işlem görmüş rayın perlit yapısı, sıcak haddelenmiş rayınkinden daha ince tanelidir; bu da daha yüksek mukavemet ve tokluk sağlar. Isıl işlemden sonra sertleştirilmiş rayın baş kısmında bir sertleştirme düzeltme tabakası bulunur; bu, rayın mekanik özelliklerini büyük ölçüde iyileştirir ve böylece rayın hizmet ömrü uzatılabilir.

Demiryolu ray çeliğinin kimyasal bileşimi

Hayır.	Öğe	İşlev
1	C	Rayın mukavemetini, sertliğini ve aşınma direncini artırın. Yerli rayların karbon içeriği 0,65% ile 0,82% arasındadır. Karbon içeriği nispeten yüksek olduğunda çelik kırılganlaşır ve plastisite indeksi önemli ölçüde azalır. Aynı zamanda, çelikte beyaz lekelerin oluşma olasılığını da artırır.
2	Evet	Oksidasyonla kolayca birleşir ve metaldeki kabarcıkları giderme işlevi görebilir. Çelik, çeliğin sertliğini ve aşınma direncini artırabilen uygun miktarda silikon içerir. Yerli ray çeliğinin içeriği genellikle 0159-0.9%'dir, ancak içeriğin fazla olması çeliği sert ve kırılgan hale getirir ve kaynakta gözenek oluşması kolaylaşır.
3	Mn	Çeliğin mukavemetini ve aşınma direncini artırabilen ve çeliğin tokluğunu yükseltebilen faydalı bir elementtir. Çelikteki zararlı demir oksit ve sülfür kalıntılarını giderebilir. Manganez içeriği genellikle 0,6% ile 1,54% arasında tutulur. Manganez içeriği 1,2%'den fazla olan çeliğe orta manganezli çelik denir ve aşınma direnci çok yüksektir.
4	Cu	Bu, faydalı bir unsurdur. Çelik, çeliğin yorulma direncini ve korozyon direncini artırabilen az miktarda bakır bileşiği içerir. Yerli çelik rayların bakır içeriği genellikle 0,10% ile 0,40% arasındadır. Bakır içeren rayın haddeleme işlemi iyi yapılmazsa, rayın yüzeyinde balık sırtı benzeri çatlaklar oluşur.
5	P	Bu zararlı bir elementtir. Fosfidin en büyük tehlikesi, çeliğin şekillendirilebilirliğini ve tokluğunu azaltmasıdır. Özellikle düşük sıcaklıklarda çeliğin soğuk kırılganlığı artar; bu da rayların kolayca kırılmasına yol açar ve fosfid içeriği 0,041 %'den fazla olmayacak şekilde kontrol edilir.
6	S	Kükürt zararlı bir elementtir. Genellikle çelikte granül şeklinde kalır. Ray haddelendiğinde, çelikle birlikte sac haline getirilir ve bu da rayda tabakaların ayrılmasına veya boyuna çatlaklara neden olur. Kükürt miktarı 0,051 TP3T’den fazla olmayacak şekilde kontrol edilir.

Demir hariç raylardaki başlıca kimyasal bileşenler ve işlevleri

Demiryolu ray metalinin mekanik özellikleri

Güç

Rayın yük altında deformasyona ve hasara karşı direnme kabiliyeti. Genellikle mukavemet sınırı, akma sınırı ve diğer göstergelerle ifade edilir. Mukavemet sınırı (çekme mukavemeti), metal malzemenin çekme yüküne direndiği ve tahrip olamayacağı maksimum gerilimi ifade eder. Akma sınırı (akma mukavemeti), metal malzemenin yükü artırmadan hala önemli ölçüde plastik deformasyona uğrayabildiği gerilimi ifade eder. Birim Mpa'dır.

Plastisite

Metal malzeme, yük altında hasar görmeden önemli ölçüde deforme olmuş ve yük kaldırıldıktan sonra deforme olmuş şeklini koruyabilmiştir. Bu özellik genellikle uzama ve büzülme ile ifade edilir. Uzama, numune kırıldıktan sonra ölçülen uzunluğun orijinal ölçülen uzunluğa oranının yüzde olarak ifade edilmesidir. Kesit büzülmesi, numunenin kırılma alanındaki azalmanın orijinal entalpi alanına oranının yüzdesidir.

Sertlik

Bir metal malzemenin, yüzeyine baskı uygulayan daha sert bir nesneye (malzemeye) karşı direnme özelliği. Farklı ölçüm yöntemlerine göre, Brinell sertliği (HB) ve Rockwell sertliği (HRC) olarak ikiye ayrılabilir.

Uygulamada, sertlik ile mukavemet arasında belirli bir ilişki olduğu kanıtlanmıştır; bu ilişki, Brinell sertlik değerine göre yaklaşık olarak belirlenebilir.

Malzemenin çekme mukavemetini hesaplayın. Örneğin, düşük karbonlu çelik 6b≈0,36HB, yüksek karbonlu çelik 6b≈0,34HB.

Dayanıklılık

Metal malzemelerin hasar görmeden darbe yüklerine direnme özelliği. Metal malzemelerin tokluğu darbe testi ile ölçülebilir ve kJ/m cinsinden darbe tokluğu değeri αk ile ifade edilebilir.².

Yorulma dayanımı

Değişken yükün etkisiyle malzeme kırılır. Metal malzemelerin yorgunluğa direnme kabiliyeti, yorgunluk mukavemeti ile ölçülür. Yorgunluk mukavemeti, bir metal malzemenin tekrarlanan değişken yükler altında kırılmadan dayanabileceği maksimum gerilimdir.