SE462520B - Saett att rikta en jaernvaegsrael - Google Patents

Description

462 520 510 2 och avsevärda restspänningar. De minst stränga bestämmel- ser som tillämpas vid tillverkning av räler medger inte längre leverans av rälerna i det tillstånd vad avser rakhet i vilket de befinner sig vid utmatning från kyl- bädden. Rälerna måste nödvändigtvis riktas. vid alla riktningsförfaranden är det nödvändigt att underkasta - metallen som skall riktas en spänning, som överstiger sträckgränsen, så att metallen behandlas åtminstone lo- ' kalt inom plasticitetsområdet.

Man har tidigare använt och använder fortfarande två typer av riktmaskiner. Den äldsta är en riktpress med backar, vid vilken ett för riktning avsett parti av rälen placeras på städ. En presskolv med vertikalt slag, på vilken är fäst en back, som kan anpassas efter dimensionerna på rälen som skall riktas, deformarar det aktuella rälpartiet genom tryck för att bibringa rälen en motsatt krökning. Lateralt anordnade städ och kolvar öjliggör enligt samma princip riktning av rälen i sid- led. Maskinoperatören ser själv vilka partier av rälen som skall riktas och kontrollerar med en linjal efter varje ingrepp av pressen den erhållna rakheten. Detta riktningsförfarande, som kräver en erfaren operatör och innebär en mängd behandlingsingrepp medelst pressen på aktuella rälpartier, är föga sofistikerat och dessutom kostsamt. Det erhållna resultatet uppfyller inte längre de krav som ställs för moderna järnvägsnät.

Ett sådant riktningsförfarande används i allmänhet inte mer i våra dagar annat än som ett komplement till riktning medelst en maskin med rullar eller valsar, som är den andra typen av riktmaskin. Dessa maskiner riktar rälen i ett eller två tröghetsplan för denna och inne- fattar vanligtvis rullar eller valsar i ett antal av -9. Rälen underkastas i denna maskin omväxlande defor- mation genom böjning i motsatta riktningar. De övre, drivande rullarna driver rälen och bringa: denna, med de nedre odrivna rullarna, att undergå deformation i mtsatt riktning. I den av de tre första.rullarna bil- Ib 462 520 3 dade triangeln bibringas rälen en deformation å priori oberoende av den ursprungliga deformation av rälen som skall korrigeras. I den av den andra, tredje och fjärde rullen bildade andra triangeln bibringas rälen en de- formation som är motsatt den första. Den femte rullen och följande rullar har till syfte att genom lämpliga - växelvisa deformationer göra rälen rak. Rälens ändar riktas inte över en viss längd, som svarar mot rullarnas centrumavstånd. Dessa ändar måste därefter riktas medelst en press med backar. Ett riktningsförfarande med rullar . eller valsar försätter successivt vissa fibrer i metallen under spänning och tryck. Vid utmatningen från riktan- ordningen med rullar befinner sig rällivet under elas- tiskt longitudinellt tryck, medan rälhuvudet och rälfoten befinner sig under elastisk longitudinell dragpàkänning.

Dessa inre spänningar beror på riktningen medelst rullar.

Oberoende av vilket initialtillstànd vad avser rakhet som rälerna befinner sig i vid uttagningen fràn kylbädden, utsättes samtliga räler i den med rullar verkande rikt- anordningen för avsevärda deformationer, vilka medför följande olägenheter: - avsevärd förkortning av rälen, - reducering av rälprofilens höjd, - ökning av rälhuvudets och rälfotens bredd, - ständig skillnad i rälens dimensioner mellan de av rullarna inte behandlade räländarna och den behandlade rälkroppen, - frekvent nödvändighet att avsluta riktningen av räl- ändarna på en press med backar, varigenom åstadkommas lätt polygonisering i ändarna, vilket gör det omöjligt att uppnå perfekt kontinuerlig rakhet relativt räl- kroppen, ' __ - ständig uppkomst vid alla räler av spänningar, som kan befrämja utbredning av sprickor, - risk för sprickbildning p.9.a. sprödhet i anslutnings- partierna mellan rälliv och rälfot eller -huvud. Dä det här rör sig om inre sprickor, som inte är synliga 462 520 4 för ögat, föreligger stor risk för mycket allvarliga olyckor, - risk för att det på rälhuvudet bildas sinusformiga vågor med varierande amplitud, som beror på den svår- ligen undvikbara excentriciteten hos rullarna. Sådana vågbildningar kan ge upphov till mer eller mindre all- varliga störningar i banan vid höga täghastigheter.

Riktningsförfaranden med rullar, som eventuellt kompletteras med riktningsförfaranden med pressbackar, kan inte uppfylla för närvarande gällande normr för rältillverkning annat än till priset av minutiösa, kost- samma insatser. UIC 860-normen föreskriver exempelvis med avseende på rakheten en maximal utböjning av 0,7 mm över en sträcka av 1,5 m vid räländarna, varvid rakheten bedöms med ögonen för rälkroppen. För räler avsedda för höghastighetståg (T.G.V.), vilka framföras med en marsch- hastighet av 260 km/tim (hastigheter av 380 km/tim har uppnåtts), kompletteras bestämmelserna enligt UIC 860- normen med följande: - maximal krökning, som motsvarar 40 mm utböjning för rällängder av 18 m och 160 mm utböjning för rällängder av 36 m, - vertikal amplitud för vågbildningarna på rälens löp- yta som är mindre än 0,3 mm, ' - horisontell amplitud för rälhuvudets transversella vâgbildningar som är mindre än 0,5 mm, - inriktning av räländarna relativt rälkroppen i verti- kalled som definieras av en maximal utböjning av 0,3 mm mätt med en 3 m lång linjal, som vilar på löpytan och utgår från ändarna.

Om dessa tilläggsnormer skall kunna uppfyllas, måste man maximalt utnyttja riktanordningarna med rullar/valsar och riktpressarna med backar, varigenom kostnaden för riktningsoperationerna ökas avsevärt.

Man har även försökt att genom dragning rikta me- tallprofiler av olika slag (se franska patentskriften 573 675 av 23 februari 1923). Vid detta kända förfaran- de riktar man en mer eller mindre deformerad profil genom P' .\' l0 462 520 att dra den på sådant vis att dess fibrer sträckes re- gelbundet till dess att metallens sträckgräns uppnås eller t o m överskrides. Det är även bekant, att dragning av en metall ökar dess hårdhet, samtidigt som metallens egenskaper vad avser tänjbarhet och elasticitet försämras till följd av de avsevärda deformationer som uppstår vid dragningen. Det är emellertid i synnerhet segheten som är viktig för en räl. Detta är förmodligen den hu- vudsakliga anledningen till att man hittills inte kunnat utnyttja dragningsförfarandet för att rikta räler.

Av ekonomiska skäl använder man i allt högre grad räler av hårt stål, vilket är relativt sprött på grund av dess samansättning av hàrdgöringsämnen, särskilt kol. Det har konstaterats, att vid denna typ av räler hastigheten för utbredning av sprickor på grund av ut- mattning är relativt hög. Det är bekant, att utmattnings- fenomen kan utvecklas, när restspänningarna uppnår en hög nivå. Av följande tabell framgår, att vid räler som riktats med rullar eller valsar de inre spänningarna uppnår följande nivåer: Ståltyp Brottbelastning Inre spänning Stål av normal- 2 2 kvalitet vic 700-900 N/mm l00 N/mm UIC stål med or- ' 2 2 dinär hårdhet 900-1000 N/mm 200 N/mm Extra nar: stal 1100-1200 N/mmz 300 N/mmz Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undan- röja nackdelarna med de tidigare kända rälriktningsför- farandena och att eliminera behovet av att i betydande grad utnyttja ett kompletterande riktningsförfarande medelst en press med backar, och syftar till att: - framställa räler utan krökning, _ - åstadkomma kontinuitet i rakheten mellan räländar och rälkropp genom eliminering av all polygonisering i räländarna, ' - garantera frånvaron av periodiska vågbildningar på löpytan, OK [\ ') U".

TO CI) 6 - eliminera risken för sprickbildning p.g.a. sprödhet i de konkava anslutningsomrâdena mellan rälliv och rälfot och -huvud, - inte ge upphov till menliga inre spänningar vid rikt- ningsoperationen, I - minska de inre spänningar som bibringas rälen genom operationerna som utföres före riktningen (värmebe- handling, kylning).

För uppnående av dessa ändamål avser uppfinningen ett sätt att rikta en järnvägsräl, vid vilket en av stål tillverkad räl på i och för sig känt sätt utsättes för en dragspänning, som överstiger stålets sträckgräns, till ett spänningsvärde, som otsvarar en total plastisk deformation av hela rälen.

Genom denna fullständigt plastiska deformation av rälen genom dragning uppstår inga restspänningar genom riktningsoperationen och de tidigare förefintliga rest- spänningarna minskas.

För kända stålkvaliteter, som eventuellt värmebe- handlats, har det visat sig, att man erhåller värden för longitudinella restspänningar, som är mindre än 1 100 N/mmz för rälstålskvaliteter med en hållfasthet am 3 iooo n/mmz och sem är mindre än 3 so u/mmz för rai- stålskvaliteter med en hållfasthet Rm 5 1000 N/mm: när den plastiska deformationen genom dragning av rälen sva- rar mot en resttöjning av storleksordningen 0,27%.

Med andra ord kommer en resttöjning av rälen på 0,3% efter avlastning av dragpåkänningarna att garan- tera.ovan angivna resultat. En minskning av de inre rest- spänningarna hos rälen till låga värden ökar rälens seg- het och förbättrar dess utmattningsegenskaper. När rälen är utlagd i banan, påverkas den dessutom av spänningar, som härrör från de långa svetsade skensträngarna och tågtrafiken. Så länge summan av dessa spänningar inte överstiger utmattningsgränsen, kommer eventuella i rälen redan förefintliga brottanvisningar inte att ge upphov till rälbrott, varför det är av intresse att rälerna har så små inre restspänningar som möjligt.

C' . 462 520 7 Det har konstaterats, att restspänningarna inte kan minskas ytterligare i någon märkbar grad, efter det att allt i rälen ingående material undergått en total plasticering. Sålunda är det inte nödvändigt att under- kasta rälen dragpåkänningar som svarar mot värden för den kvarstående töjningen eller resttöjningen, vilka är högre än l,5%.

Uppfinningen avser även riktade räler, som känne- tecknas av värden för de inre restspänningarna som är mindre än 3 100 N/mnz för räistaiskveiiteter med en nall- fasthet Rm S l000N/mm: och som är mindre än 1 50 N/mmz för rälstålskvaliteter med en hållfasthet Rm 5 1000 N/mmz.

Kännetecknen hos och fördelarna med föreliggande uppfinning kommer ai. framgå tydligare av den efterföljan- de beskrivningen, i vilken föredragna utföringsexempel beskrives med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig l är en sektion av en räl och visar de olika rälpartierna, rälens neutralplan XX' och dess vertikala symmetriplan YY'.

Fig 2a är en perspektivvy och visar en räl som kom- mer från en kylbädd.

Fig 2b är en sidovy av samma räl.

Fig 3 är ett påkännings-deformationsdiagram för stålet och visar en kurva för erhållna spänningar som funktion av utövad töjning. Ä Fig 4 visar för en räl som kommer från en kylbädd ett schema över minskningen av restspänningar i rälens olika partier som funktion av värdet för kvarstående töjning s. f Fig 5 visar i sin övre infällda del ett rälstycke, i vilket en sågskåra gjorts över.en längd L för kontroll av eventuell närvaro av inre spänningar, varvid diagram- met i denna figur visar resultaten av en empirisk jäm- förelse vad avser närvaron av restspänningar efter såg- ning i rällivet och avvikelse av rälhuvudet mellan räl- ändstycken som inte riktats, som riktats medelst maskiner med rullar/valsar och som riktats enligt föreliggande uppfinning. ia 462 520 8 Fig 6a visar brottplanet hos en räl med ordinär hàrdhhet B UIC, som riktats medelst rullar enligt ti- digare känd teknik och fig 6b visar brottplanet hos en räl av samma kvalitet, som riktats enligt uppfinningen, varvid fig Gb visar, att utmattningssprickan före brott hos den genom dragning riktade rälen är större än vid en medelst rullar riktad räl, som uppvisar en klart mera- uttalad sprödhetsbild.

Fig 7 visar jämförande kurvor ll, 12 avseende sprick- bildning, varvid utbredningen av sprickor jämföres vid ett test med omväxlande böjning, som utföres på räler av legerad, extra härd kvalitet (UIC med ordinär hårdhet, Rm < 1100 N/mmz). Av denna figur framgår, att utmatt- ningsegenskaperna hos den genom dragning riktade rälen (kurvan 12) är bättre än vid en medelst rullar riktad räl (kurvan 11).

Fig 8a - 8b - 8c -8d visar brottytor hos fyra prov av en legerad, extra hård räl (Rm 3 1080 N/mmz), som riktats medelst rullar, riktats genom dragning, inte alls riktats (direkt från kylbädd) resp riktats först medelst rullar och därefter genom dragning. Det framgår, att dragningsförfarandet enligt uppfinningen inte ger nâgra spår av sprödhet i sprickorna.

Fig 9 visar kurvor för sprickbildning i rälproven enligt fig Ba, Bb, 8c och 8d.

En räl 1 som lämnar en kylbädd är i form av ett krökt element (fig 2a och b). Längden på de fibrer som ingår i rälens 1 huvud 2, liv 3 och fot 4, dvs fibrerna CC', AA' och pp', är sålunda olika. Principen för upp- finninqen är att underkasta rälen en dragpàkänning vid var och en av dess ändar, varigenom samtliga fibrer under verkan av en spänning sigma (o) som_är större än den egentliga sträckgränsen för 0,2% betecknad Rp 0,2 (fig 3), bringas att anta samma längd i det helt plastiska området för stålet i den aktuella rälen. Det för denna operation nödvändiga töjningsvärdet skall vara större för den minst spända fibern än det töjningsvärde som svarar mot krök- 462 520 9 ningen vid början av stålets plasticering. På rälen som skall riktas anbringas sålunda en dragpåkänning, som överstiger sträckgränsen, så att man efter avlastning av denna påkänning erhåller en permanent töjning av åt- minstone 0,27%. Med denna ringa resttöjning är det möj- ligt att erhålla raka räler, varvid materialet skadas - mindre än vid riktning medelst rullar. Då rälernas krök- ning inte alltid är regelbunden över rälelementets hela längd, kan man lokalt påträffa krökningsradier som är mindre än den totala krökningsradien. Med en kvarstående töjning av storkleksordningen några tiondels procent är det möjligt att undanröja de kortaste vecken och natur- ligtvis även de längsta vecken. Förekomsten av inre på- känningar eller spänningar efter kylningen medför skill- nader i de i rälen ingående fibrernas längd. Riktning av rälen genom plastisk töjning av samtliga fibrer och genom preferentiell plastisk töjning av de kortaste fibrer- na medför en minskning av de inre restspänningarna i stålet. I fig 4 visas ett exempel på hur de longitudi- nella restspänningarna varierar som funktion av värdet lför resttöjningen för en räl av normalkvalitet. I dia- grammet i fig 4 visas längs abskissan den-kvarstående töjningen e och längs ordinatan den longitudinella rest- spänningen o (~ för tryck, + för'spänning) i N/mmz van 5 visar restspänningen i rälfoten och kurvan 6 rest- spänningen i rälhuvudet. Man kan konstatera att rest- spänningarna förblir konstanta och höga så länge de på rälen pålagda dragpåkänningarna befinner sig i stålets elasticitetsområde (värdet eev 0,l85%)_och att dessa' restspänningar avtar regelbundet bortom elasticitets- området för att uppnå konstanta minimivärden från en . Kur- resttöjning av storleksordningen 0,27%.

Det inses lätt, att det område för resttöjningen som ligger mellan den egentliga sträckgränsen (s = O,2%) och minimivärdena för restspänningarna (här U ewl0 N/mmz för a = 0,27%) är ett osäkert område som sålunda bör undvikas, och att från uppnående av värdena för minimal 462 É'7Û e., rf. restspänning (från e =_0,27% eller 0,3%) en ökning av resttöjningen inte längre medför någon väsentlig för- bättring i detta avseende, om så inte sker genom en höjning av sträckgränsen genom deformationshårdnande.

Sådan höjning av sträckgränsen kan åstadkommas efter behag, exempelvis för en kvalitet med ordinär hårdhet A UIC eller för en kvalitet AREA är höjningen av sträck- gränsen av storleksordningen 100 N/mmz för 1% ytterligare resttöjning.

Medan andra ord räcker en 0,38 resttöjning i detta fall för att avlägsna restspänningarna eller minska dem i ett förhållande av storleksordningen 10:l. De mått som erhålles med den s k snittmetoden (mêthode de dêcoupe), verfierad med de s k hål- och borrmetoderna (mêthode de trou et du trêpan), med avseende på restspänningarna i räler betecknade 0,73 D 09, 236 D23 och 150 C13 dragna enligt sättet enligt föreliggande uppfinning, och i räler betecknade 073 B 10, 236 D 23 och 150 C 13, vilka till- verkats i omedelbar anslutning, härrör från samma smälta och anbragta på kylbädden i omedelbar närhet till de första och riktats medelst tidigare kända maskiner med rullar eller valsar, anges nedan i tabell I-III: 462 520 ll \ øwfi °« øm + cd n °m~ om + QON | |H~x«»~w> fl Nu .m=flc:wmmøs>sm ømfiømnwfi fi du ow + ce + omv ømm + owm | mcflc:mmmo=>:m _ as\z. .~se\z. . esxz. .~ea\z. wumuëommcfic mmflcmmuw xoæuu wømuëo mmflcwmuw xoæuu |cmmm ufimuøë Ufl> xmñ b Ufl> xmë n ufimuøa w«> xmi b wfl> xmâ o mo D mßo.fiwm mcwßfiouuwwu w>.o wmë mcficmmuw Eocwm mcflcuxflm ofi N mßo Hmm wfim>\wfi~nu ßmawwwš mcfimwxflm H Qflümflß GL Ru G4 1? flwfl en °~ + GH 1 om ofi + ow 1 ond Om + omfi 1 mfiwwflwmww |cnmwu=>s: wmfiømcwfl =« om + OH 1 mm mw + °~ 1 Own °«~ + °«H 1 q Hb m=fi= . |cmmmws>s= .~eæ\z. ^~es\z. _~es\z. .~ss\z. .~sa\z. .~ss\z. wumuëo mcflc mcflc maa: . ummcflc immun xumuu ummuu xuæuu ummuø xo>uu ncnmm øfl> ©fl> wwmuäo ufl> øfi> mønuao mfl> w«> uflmuoa xmi o ana u ufimuoa xmä o xmë u ufimuoa ams o xmë o nu 0 mmm ämm mm Q mnw fiwm nu Q mmm ämm wm.o maa: mcfic nmmuø Eocwm mcficuxfim nmmuø Eocwm mcficuxflm m~m> \w~H=H umfiwwwa w=H=»xfim HH Qåümflfi 462 520 13 wmfi mm m + ß~ | mflfl @~. + mm 1 |Hmxfi»Hw> fl N» mcflccwmmUs>sm . a Hm ofi + HN 1 m~« ~@~ + »vd | wm%wwmmWøW>=m . ^Nä\7: ~NEE\Zv ANEE\ZV wømusommcfi: mcflcmmuø xuæuu mwwuäo m ficmmuw xoæuu ucwmm uflmuøa w«> xmä o vfi> xmä b uflmuoä wfl> xmë uí U«> xmš o mfi u omfi fiwm mcficfiæuuwwu wfi øwë mcflcmmuø Eocww mcflcuxfim ma U ømfi Anm m~m>\wfi~su umawømë mcflcwxfim H H H Qåümfln. 3O 462 520 14 Sammanfattningsvis framgår, att för ett värde för resttöjningen av 0,3-l,0% nivån för restspänningarna är åtminstone 5-10 gånger mindre med riktningsförfarandet genom dragning än med riktningsförfarandet medelst rul- lar, och att spridningen av restspänningsvärdena mätta vid dragningsförfarandet är 5 gånger mindre än vid rikt- ningsförfarandet medelst rullar.

Dessa försöksresultat har kunnat verifieras genom spänningsmätningar gjorda enligt olika metoder av olika 1aboratorier_(SACILOR, IRSID).

Minskningen av de inre restspänningarna är sådan, att man på dessa laboratorier inte ser några signifikanta skillnader mellan spänningsnivån vid räler riktade genom dragning och spänningsnivån vid material, vid vilka spän- ningarna eliminerats och vilka tjänstgör såsom referens- material vid kalibrering av töjningsmätare. Exempelvis -finner man vid ett förfarande medelst rullar relativt stora tryckspänningar i rällivet och i de konkava för- bindningspartierna såväl i longitudinell riktning som i vertikal riktning, vilka spänningar bringas i jämvikt, särskilt i longitudinell riktning, av stora dragspänningar i rälhuvud och -fot. Vid riktningsförfarandet genom drag- ning är restspänningarna betydligt mindre och mycket mera likformiga. Det må påpekas,'att spänningsvärdena mätta med snittmetoden (mêthode de dêcoupe eller YASOJIMA och MACHII-metoden (1965), som använts av bl a l'OFFICE de RECHERCHE och D'ESSAIS de l'UIC i undersökningen C53 "Restspänningar i räler”) bekräftas på ett tillfredstäl- lande sätt av de s k hål- och borrmetoderna (mêthode du trou et du trêpan). En empirisk verifiering av minsk- ningen av inre spänningar till följd av riktning genom dragning har gjorts med ett test, som består i att av- skilja rälhuvudet från resten av rälprofilen och att mäta dess avvikelse f vid räländen allteftersom sågskåran framskrider längs sträckan L (infällt schema i den övre delen av fig S.) Resultaten av detta försök, som utförts på en räl UIC 60 NDB visas i diagrammet i fig 5, där 462 520 abskissan visar sågskârans längd L i mm och där ordinan- ten visar avståndet eller avvikelsen f i mm för det så- gade rälhuvudet i förhållande till den övriga delen av rälstycket vid dettas ände. _ Kurvan 7 visar, att en räl UIC 60 NDB riktad medelst rullar har ett avstånd f för rälhuvudet på 2 mm för en sågad längd L av 500 mm och kurvan 8 visar ett avstånd f som varierar för en likadan icke riktad räl mellan 0 and 8/10 mm. Kurvorna 9 och 10 visar. att räler riktade genom dragning med 0.3 och 1% resttöjning har ett avstånd f av 2/10 resp -1/10 mm (lätt tillslutning) för en sågad längd L av 500 mm. Man återfinner ett förhållande för värdena f av storleksordningen 1 till 10 till förmån för förfarandet enligt uppfinningen. Ett minimalt rest- töjningsvärde av storleksordningen 0,3% visar sig nöd- vändigt för att uppnå en maximal reducering av de inre spänningarna och det synes inte som om ett töjningsvärde över l,5% skulle medföra ytterligare fördelar.

Man kunde måhända befara att en dragning av rälen förbi dess egentliga sträckgräns Rpolz skulle förorsaka skador i materialet, vilka skulle kunna medföra en snab- bare utbredning av eventuella transversella utmattnings- sprickor. Ett utmattningstest genom böjning i fyra punk- ter har visat att så inte är fallet. Detta test består i att underkasta ett rälstycke, i vilket en skåra på förhand gjorts i rälhuvudet, en omväxlande böjning på en bas av 1,400 m och med en frekvens av 10 Herz med en belastning av storleksordningen 14 ton under en sprick- bildningsperiod och 9 ton under en sprickutbredningspe- riod, varvid lasten anbringas på rälhuvudet i två punkter, som är på ett avstånd av 150 mm från varandra och sym- metriskt belägna på ömse sidor om den centrala tvärgående skåran.

Man studerar utbredningen av utmattningssprickan från skåran med hjälp av en extensometer och en elektrisk metod. som grundar sig på variationer i rälens resistans under sprickans utbredning. Genom variationer i ampli- 462 520 16 tuden för de pålagda spänningarna åstadkommer man en serie markeringar vid ett givet antal kumulerade cykler och man ritar kurvan som ger sprickdjupet p som funk- tion av antalet N utförda cykler. _ I ett första exempel har detta test tillämpats på två rälstycken UIC 60 av kvalitet med ordinär hårdhet B från ett och samma stångelement, varvid det ena riktats medelst rullar och det andra riktats genom dragning.

Fig 6a visar, att den medelst rullar riktade rälen har ett tämligen smalt utmattningssprickområde med en mängd spröda partier. Fig Gb visar en räl, som riktats genom dragning och har ett utmattningssprickområde som är klart mera utbildat och fritt från spröda partier. Nedanstående tabell IV visar, att det antal cykler som erfordras för sprickbildning och det antal cykler som erfordras för sprickutbredning under samma försöksbetingelser är klart större vid en räl som riktats genom dragning, vilket vittnar om större seghet och sålunda större säkerhet.

TABELL IV Riktning Riktning Skillnad medelst genom i % rullar dragning Antal cykler till sprickbildning 350 000 500 000 142 Antal cykler till brott genom sprick- utbredning 750 000 1 050 000 140 Kritiskt sprick- . djup i mm 25 28 ll2 Kurvorna ll och 12 i fig 7 visar samma relationer p = f (n), som anges i ovanstående tabell IV. Det må noteras, att förhållandet: m' 462 520 17 Utmattningsyta (riktning genom dragning) > - Utmattningsyta (riktning medelst rullar/valsar) är 1,55.

Ovan beskrivna test har i ett andra exempel till- lämpats pà fyra rälstycken l36RE av legerad kvalitet eller innehållande krom-kisel-vanadin med en brottháll- fasthet Rm 3 1080 N/mmz från en och samma moderstång.

Jämförelser gjordes med avseende på utmattningsuppträ- dandet mellan följande olika tillstånd: - räl riktad medelst rulle - räl riktad genom dragning - räl ej riktad (direkt från kylbädd) - räl riktad medelst rulle och därefter genom dragning.

I fig 8a visas en halvspröd brottyta hos en räl som riktats medelst rullar och som inte uppvisar någon ut- mattningsyta; i fig 8b visas en bred utmattningsyta hos en räl som riktats genom dragning; i fig 8c visas en utmattningsyta hos en ej riktad räl, varvid denna yta är något lite mindre än föregående yta; i fig 8d visas, att riktning genom dragning efter en föregående rikt- ning medelst rullar ger en ordentlig utmattningsyta.

Nedanstående tabell V visar den mycket tydliga för- bättring som ernàs med ett riktningsförfarande genom dragning vad avser antalet cykler fram till sprickbild- ning och antalet cykler fram till brott till följd av sprickutbredning jämfört med riktning medelst rullar. r 462 520 18 TABELL V Riktning Ingen -Riktning Riktning me- medelst riktning genom delst rullar rullar dragning och därefter genom drag- ning Antal cyk- ler till sprickbild_ 400 000 420 000 850 000 1 150 000 ning Antal cyk- ler till brott ge- 950 000 1 500 000 l 250 000 l 400 000 nom spricka utbred- ning Kritiskt sprickdjup 26 27 26 28 i mm (halv- spröd) Kurvorna 13-16 i fig 9 visar samma relationer p = f(n) som anges i ovanstående tabell V för räler av stål 136 RE vilka är riktade medelst rullar (kurva 13), icke riktade (kurva 14), riktade genom dragning (kurva 15) och riktade medelst rullar och därefter genom dragning (kurva 16).

Det framgår tydligt av tabell V och kurvorna 13-16 i fig 9; att man ytterligare förbättrar hållfastheten hos en räl mot utbredning av sprickor, när man underkastar en medelst rullar riktad räl en dragning med en kvar- stående töjning enligt uppfinningen för reducering av restspänningar.

Förbättringen vad avser sprickbildningshastigheten hos räler som riktats enligt uppfinningen skall hänföras till minskningen av restspänningar och särskilt till det så gott som fullständiga undanröjandet av kvarståen- de dragspänningar som uppstått vid rälhuvudet, när rikt- ning utförts medelst rullar. Denna reducering av rest- spänningarna som erhållits med riktningsförfarandet en- f. \. h) U! 462 520 19 ligt uppfinningen gör det möjligt att uppfylla önskemålen vid ett stort antal järnvägsnät, särskilt banor med hög belastning (såsom gruvbanor), vid vilka restspänningarna anses vara orsaken till allvarliga brott i rälsen. Rikt- ningen genom dragning enligt uppfinningen förbättrar rälernas utmattningshâllfasthet avsevärt jämfört med räler som riktats medelst maskiner med rullar eller valsar.

Riktningen genom dragning har vidare den fördelen att metallens sträckgräns höjs till skillnad från för- farandet med rullar, vilket tenderar att minska sträck- gränsen. Denna fördel är särskilt väsentlig vid rälhu- vudet, ty en höjd sträckgräns gör det möjligt att bättre motstå den plastiska flytning som kan förosakas av hjul som är tungt belastade mot rälens löpyta. Denna höjning av sträckgränsen för stålkvaliteter av typ UIC 90 A eller B, AREA eller liknande är av storleksordningen 100 N/mmz för 1% töjning. Denna egenskap förmärkes vid alla stål, inklusive legerade extra hårda eller behandlade stål.

Skillnaden i sträckgräns mellan förfarandet medelst rul- lar och förfarandet genom dragning kan vanligtvis uppgå till 20%.

Det har konstaterats, att denna höjning av sträck- gränsen sker utan försämring av plasticitetskriterierna (fördelad töjning och kontraktion) eller av segheten (Klc, kritisk intensitetsfaktor för spänning).

Mätningarna av kvarstående töjning på ett visst antal baser med längder markerade längs rälen har visat, att de partiella resttöjningar som uppmäts på var och en av baserna är konstanta och alla lika med den totala resttöjning som bibringats rälen. Man kan inte konstatera några effekter vad avser lokal kontraktion utmed rälernas längd. Höjdförlusten är regelbunden längs rälernas-hela längd liksom breddförlusten vid rälfoten. De små dimen- ssionella variationerna som observerats har, liksom vid riktning medelst rullar, på förhand kompenserats genom en lämplig kalibrering i valsverket, vilket gör det möj- ligt att uppfylla de föreskrivna dimensionstoleranserna åtminstone lika enkelt som med riktningsförfarandet me- delst rullar. Vid detta senare förfarande föreligger trots allt dimensionsoregelbundenheter, ty ändarna bibe- håller de ursprungliga valsningsdimensionerna.

Föreliggande uppfinning avser även järnvägsräler med synnerligen små restspänningar. Sådana räler har hittills varit okända, ty i en nyligen avfattad, inte publicerad skrift (april 1981, R. Schweitzer och W. Heller, ' DUISBURG-RHBINHAUSEN) med titeln "Kritiskt intensitetsfak- tor för spänning, egenspänningar och brotthållfasthet hos räler” anges sammanfattningsvis, att "det är sålunda av vikt, att egenspänningarna (= inre restspänningarna) hålles vid en så låg nivå som möjligt, om man önskar öka brotthållfastheten. Denna idê kan emellertid knap- past förverkligas, i synnerhet som riktning av räler, vilket är oundgängligt för att åstadkomma och bevara rälernas rakhet, leder till avsevärda egenspänningar".

Föreliggande uppfinning avser räler, som efter rikt- ning har mycket små restspänningar, vilka är: - mindre :in 3 so N/mz (+50 N/mmz, vid dragning; - so N/nmz vid tryck) för rälstålkvaliteter (eventuellt värmebe- nendiede) ned en dregnaiifeetner Rn 5 1000 N/mmz, - mindre än 3 100 N/nnnz (+ 100 N/nnz vid dragning; - 100 N/mnz vid tryck) för raiereukveiirerer (even- tuellt värmebehandlade) med en draghållfasthet Rm 3 1000 N/nnz.

Claims (5)

10 15 20 462 520 21 PATENTKRAV

1. Sätt att rikta en järnvägsräl, k ä n n e t e c k - n a t därav, att en av stål tillverkad räl på i och för sig känt sätt utsättes för en dragspänning, som överstiger stålets egentliga sträckgräns, till ett spänningsvärde som motsvarar en total plastisk deformation av hela rälen.::

2. Sätt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k"- n a t därav, att rälen utsättes för en dragspänning, som efter avlastning åstadkommer en kvarstående töjning, som är åtminstone O,3%.

3. Sätt enligt något av patentkraven 1 och 2, k ä n - n e t e c k n a t därav, att rälen utsättes för en drag- spänning, som efter avlastning åstadkommer en kvarstående töjning som är högst l,5%.

4. Sätt enligt något av patentkraven 1-3, t e c k n a t därav, att rälen utsättes för en dragspän- ning, som efter avlastning åstadkommer en kvarstående töj- k ä n n e - ning mellan 0,5 och 0,7%.

5. Sätt enligt något av patentkraven 1-4, t e c k n a t därav, att rälen först riktas medelst rul- lar, innan den utsättes för en dragspänning, som åstadkom- k ä n n e - mer en kvarstående töjning över 0,3%.