A relação de dureza no contato do clipe-Toe
Um clipe elástico é primeiro uma mola e depois um fixador. O aço do clipe deve permanecer elástico durante sua deflexão de trabalho, o que requer uma alta resistência ao escoamento, e a dureza é a medida prática dessa resistência. Os clipes do tipo E- e semelhantes são normalmente feitos de aço para mola 60Si2MnA, 55Si2Mn ou 38Si7 e endurecidos a 44-48 HRC, aproximadamente 430-470 HB. O aço carbono padrão para trilhos, em comparação, tem cerca de 260-300 HB na cabeça e na base, e os trilhos endurecidos atingem cerca de 340-380 HB. O clipe é, portanto, sempre mais duro que o trilho, e a compatibilidade não se trata de dureza igual, mas de controlar as consequências da diferença de dureza: uma área de contato suficientemente grande na ponta do clipe, uma carga na ponta dentro da faixa de projeto e nenhum movimento relativo no contato que possa marcar a base do trilho.
Dureza e desgaste na base do trilho
Na ponta do clipe, a pressão de contato é alta e qualquer micro-movimento entre o clipe e o pé do trilho desgasta a superfície mais macia, que é o trilho. Com um trilho padrão de cerca de 260-300 HB, um clipe na faixa de 44-48 HRC mantém a carga da ponta sem cortar o trilho, e o desgaste de campo na base do trilho permanece dentro da profundidade permitida pelos padrões de manutenção. Em trilhos com cabeça endurecida e dureza do pé próxima a 350 HB e acima, o equilíbrio do desgaste muda e o lado do clipe do contato apresenta maior perda de material; os operadores nessas linhas monitoram o desgaste da ponta do clipe durante a inspeção e trocam os clipes mais cedo ou mais tarde. A regra prática é que a dureza do clipe é definida pelo projeto da mola e pelos requisitos de fadiga, e o perfil do trilho é selecionado para corresponder ao tráfego, enquanto a geometria de contato é projetada para manter o desgaste lento em ambas as peças.
Liga versus aço carbono para molas em climas frios
O tipo de aço para molas altera o comportamento-de baixas temperaturas do clipe. Os graus de liga contendo manganês em cerca de 1,0{8}}1,5% ou vanádio em cerca de 0,1-0,2% retêm a ductilidade até aproximadamente -30 graus a -40 graus, o que mantém o clipe elástico quando é atingido por um trem em baixa temperatura. O aço carbono para molas simples perde ductilidade na mesma faixa e um clipe duro e rígido sob impacto pode rachar em uma concentração de tensão, como uma raiz de curvatura. Para linhas em climas continentais e árticos, a especificação deve nomear um tipo de liga com capacidade para frio e o teste de aceitação deve incluir uma verificação de deflexão em baixa temperatura, e não apenas um teste de fadiga em temperatura ambiente.
Geometria de curvatura e faixa elástica
O raio de curvatura da dobra do clipe determina quanta deflexão o clipe pode absorver antes que a tensão da fibra atinja o ponto de escoamento. Um raio de curvatura maior, por exemplo, cerca de 25 mm, distribui a deformação por um arco mais longo e proporciona uma faixa elástica mais ampla, acomodando expansão e contração do trilho de até cerca de 10 mm antes da pega permanente. Um raio menor, por exemplo cerca de 15 mm, proporciona uma tensão inicial mais elevada na mesma deflexão, mas uma janela elástica mais estreita, que se adapta às linhas em zonas de temperatura estável com pequeno movimento do trilho. A seleção deve pesar a faixa sazonal de temperatura do trilho da linha em relação à carga necessária na ponta; em trilhos longos soldados em climas quentes, a faixa elástica mais ampla geralmente é a escolha mais segura.
Mantendo a força de fixação à medida que os trilhos se desgastam
Os trilhos perdem 1-3 mm da altura da cabeça e dos pés ao longo de 5-10 anos de serviço, e a ponta do clipe segue a base do trilho, o que reduz a carga da ponta, a menos que o sistema possa compensar. Projetos de tensão-ajustáveis usam furos de montagem com fenda ou calços removíveis para que o clipe possa ser reposicionado um pouco para restaurar a deflexão do projeto; está documentado que isso prolonga a vida útil do clipe em 30-40% em comparação com projetos de tensão-fixa na mesma linha. Em linhas de alta velocidade acima de 300 km/h, os designs de clipes com mola mantêm a força de fixação na faixa de 20 a 30 kN por meio de vibração de alta frequência e absorvem parte da energia de impacto no clipe, o que reduz o desgaste tanto do clipe quanto da base do trilho em comparação com a fixação rígida.
Orientação de seleção para compradores
Informar a classe do aço do trilho e sua dureza ao solicitar amostras de clipes; um clipe desenvolvido para trilho padrão pode precisar de verificação de geometria em trilho reforçado-de cabeça.
Para projetos de clima-frio, especifique uma liga de aço para mola, como 38Si7 ou uma liga de-manganês e exija dados de teste de deflexão-de baixa temperatura.
Para linhas com grandes oscilações de temperatura, prefira um raio de curvatura maior e verifique a faixa elástica em relação ao movimento esperado do trilho.
Confirme a carga da ponta na deflexão do projeto, normalmente 8-13 kN para clipes tipo E, e a resistência à fadiga nessa deflexão de acordo com o padrão de fixação usado.
Solicite a faixa de dureza no certificado de inspeção; a faixa 44-48 HRC é a faixa de aceitação usual para clipes de aço para molas.
Perguntas frequentes
P: A dureza do clipe deve corresponder à dureza do trilho?R: Não. O clipe deve ser mais duro que o trilho para manter suas propriedades de mola, e a compatibilidade é gerenciada por meio da geometria de contato e da carga na ponta, e não por meio de dureza igual.
P: O que acontece se o clipe for muito mole?R: Um clipe macio cede em sua deflexão de trabalho, perde a carga da ponta e falha precocemente no teste de fadiga; não consegue manter a força de fixação exigida pela norma de fixação.
P: A dureza do clipe afeta o pé do trilho?R: Indiretamente. A ponta do clipe pressiona o pé do trilho e, com a geometria correta, a taxa de desgaste do pé do trilho está dentro dos limites de manutenção; com geometria desalinhada, o clipe mais duro pode marcar o pé do trilho.
P: Qual aço para molas é melhor para climas frios?R: Classes de liga como 38Si7, ou classes de carbono com adição de manganês ou vanádio, mantêm a ductilidade em cerca de -30 graus a -40 graus e resistem à fratura frágil no impacto.
P: Como a dureza do clipe é verificada na produção?R: Pelos testes de dureza Rockwell no clipe acabado, com faixa de aceitação geralmente 44-48 HRC, registrada no certificado do material para cada lote.