La importancia de las ruedas en la seguridad de los vehículos del metro
Por su alta eficiencia y gran capacidad, el transporte ferroviario se ha consolidado como una de las alternativas más importantes para reducir la congestión del tráfico, especialmente en las zonas urbanas. Aunque no ha habido accidentes de seguridad importantes o graves, el desarrollo de la industria y el progreso tecnológico realmente han aumentado la importancia de la operación segura de los trenes. La rueda es una de las partes importantes del vehículo del metro. Las características de las líneas de metro son más complejas que las de los trenes de alta velocidad, y las frenadas y aceleraciones frecuentes pueden dañar fácilmente las ruedas. Los tipos comunes de daños en las ruedas incluyen desgaste de las llantas, raspaduras de la banda de rodadura, desgaste de la banda de rodadura, descamación de la banda de rodadura y caída de las llantas. Además, el movimiento relativo entre la rueda y el carril durante la reparación de la rueda puede provocar el desgaste de la banda de rodadura del neumático. Es muy importante estudiar el rendimiento de la fricción de deslizamiento de la rueda para garantizar la seguridad del tren.
Tecnología de revestimiento láser
La tecnología de revestimiento láser deposita una capa superficial de aleaciones metálicas sobre un sustrato, lo que tiene muchas aplicaciones potenciales en la reparación de piezas de alto valor agregado y tiene una fuerte resistencia al desgaste y a las grietas por fatiga por contacto rodante.
La tecnología de revestimiento láser fortalece el material y hace que la superficie del sustrato obtenga una calidad superior. La mayoría de los investigadores creen que la tecnología de revestimiento láser puede utilizar varios polvos de aleación para producir revestimientos de aleación con resistencia al desgaste, reducción de la fricción, resistencia a la corrosión, resistencia a la fatiga y resistencia a la oxidación.
Elegir el polvo de aleación adecuado es muy importante para la tecnología de revestimiento láser. Los polvos a base de hierro y níquel se utilizan a menudo en estructuras de vías y ruedas. Sin embargo, los dos polvos difieren en composición, función y características.
Análisis de las propiedades de fricción y desgaste por deslizamiento en seco de aleaciones de Ni y Fe en la reparación de ruedas de metro.
Se entiende que los investigadores compararon el rendimiento de los recubrimientos de aleaciones a base de Ni y Fe en la reparación de ruedas de metro. El material ER9 de las ruedas de ferrocarril está recubierto con aleaciones a base de Ni y Fe mediante tecnología de fusión por láser. El recubrimiento resultante tiene una microestructura densa, sin defectos, grietas ni poros.
Los investigadores utilizaron espectroscopia de dispersión de energía (EDS), microscopía electrónica de barrido (SEM), topografía óptica 3D y difractómetro de rayos X (XRD) para estudiar la morfología de la microestructura, los elementos de la interfaz y los tipos de fases del recubrimiento.
Las propiedades mecánicas del recubrimiento se probaron utilizando el probador de fricción y desgaste electroquímico alternativo MFT-EC4000 y el probador de microdureza Vickers. Se seleccionaron recubrimientos a base de Ni con fases (Ni, Fe), Cr23C6 y Cr7C3 y recubrimientos a base de Fe con fases en solución sólida -Fe, (Fe-Cr-Ni) y (Fe, Ni).
En las aleaciones a base de Ni, la deposición de cromo mejora los enlaces interatómicos y contribuye al fortalecimiento de la solución sólida. Además, la presencia de una fase de carburo duro y la solución sólida en la estructura del revestimiento aumentan la resistencia a la compresión y la resistencia a la tracción del material.
En las aleaciones a base de Ni, la deposición de cromo mejora los enlaces interatómicos y contribuye al fortalecimiento de la solución sólida. Además, la presencia de una fase de carburo duro y la solución sólida en la estructura del revestimiento aumentan la resistencia a la compresión y la resistencia a la tracción del material.
Cuando el desgaste adhesivo fue el principal mecanismo de desgaste, el recubrimiento a base de Ni experimentó una oxidación más severa al final de las pruebas de desgaste y fricción.
La dureza del recubrimiento a base de Fe es 715 HV0.7, que es 2,86 veces la del material base. La dureza máxima del recubrimiento a base de Ni es 268,4HV0.7. Además, el coeficiente de fricción del recubrimiento a base de Ni es menor que el del recubrimiento a base de Fe. En términos de desgaste y fricción, la durabilidad del recubrimiento a base de Ni es aproximadamente cuatro veces mayor que la del recubrimiento a base de Fe.
Debido a la presencia de una fase de solución sólida, los recubrimientos a base de Fe muestran un fortalecimiento de la solución sólida. El enfriamiento local se produce debido al precalentamiento del recubrimiento fundido, lo que aumenta la dureza y la resistencia al desgaste del tejido.
El funcionamiento del recubrimiento a base de Ni a altas temperaturas cumple con las expectativas y su dureza y calidad de fricción también son bajas. Sin embargo, los beneficios económicos de las aleaciones a base de Ni son escasos.
Este estudio muestra que la tecnología de revestimiento láser puede mejorar la dureza y la resistencia al desgaste de las ruedas. Además, los estudios han demostrado que cuando el recubrimiento de aleación es el mismo que el material subyacente, el polvo de aleación puede aportar mejoras de rendimiento más significativas.
Debido a la óptima relación de desgaste entre la vía y la rueda y a la alta resistencia al desgaste y dureza del recubrimiento, los recubrimientos a base de Fe no son adecuados para el revestimiento de ruedas.
Referencia:
Xiao, Q., Zhang, B. y Yang, W. (2022) Propiedades tribológicas de deslizamiento de revestimientos de aleaciones de revestimiento láser en ruedas de metro. https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm