Influence of material properties on the in-service behavior of rails

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Bedingt durch die steigenden Anforderungen an Eisenbahnschienen aufgrund höherer Achslasten, Zuggeschwindigkeiten und höherem Verkehrsaufkommen stehen Schienenproduzenten vor der Herausforderung, schädigungsbeständigere Schienen in Bezug auf Rollkontaktermüdung (RCF) und Verschleiß bereitzustellen, ohne dabei andere wichtige Gebrauchseigenschaften, wie Verformbarkeit, Schweißbarkeit oder einen niedrigen Eigenspannungszustand aus den Augen zu verlieren. Unter den vielfältigen Ausprägungen von RCF sind die sogenannten Headchecks besonders gefährlich, da diese Risse, welche an der Fahrkante der bogenäußeren Schiene eines bestimmten Radiusbereiches entstehen, zum vollständigen Versagen der gesamten Schiene und in weiterer Folge zur Entgleisung des Zuges führen können. Deshalb sind von Schienenproduzenten große Anstrengungen unternommen worden Headcheck freie Schienen herzustellen. Insbesondere ist es von Bedeutung, dass bei Gefügeoptimierung in Richtung RCF und Verschleiß andere relevante Eigenschaften, wie etwa das Verformungsvermögen nicht beeinträchtigt werden. Da der genaue Grund für die Headcheck Bildung derzeit noch nicht umfassend verstanden ist, ist es nicht eindeutig welche mechanischen Eigenschaften optimiert werden müssen. Während des Betriebes wird jener Gefügebereich, der dem Rad-Schiene Kontakt ausgesetzt ist, fortlaufend mikrostrukturell verändert, sodass eine nanostrukturierte und ausgerichtete Oberflächenschicht entsteht, vermutlich aufgrund hoher Tangentialspannungen und Mikroschlupf. Es sieht deshalb so aus, als ob die hochverformte Oberflächenschicht mit ihren innewohnenden Eigenschaften für die Headcheck Initiierung verantwortlich ist. Das Gefüge des Ausgangsmaterials und die Wechselwirkung mit der Belastung, welche eine Verfestigung bewirkt, bestimmen jedoch ebenso die Eigenschaften der Nanostruktur. In dieser Arbeit wurden Gefüge – Eigenschaftsbeziehungen von vollperlitischen und neuartigen bainitischen Schienengüten sowohl im Ausgangs- als auch im hochverformten Zustand herausgearbeitet. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden vier Kriterien formuliert, die als Voraussetzung für die Headcheck Bildung angesehen werden. Abschließend wurde eine Empfehlung gegeben, wie das Gefüge einer Headcheck beständigen Schiene aussehen könnte.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss von Materialeigenschaften auf das Betriebsverhalten von Eisenbahnschienen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2014