¿Cómo previene el rectificado de rieles la fatiga por contacto rodante?

Por qué RCF forma una capa que se puede lijar

La fatiga por contacto rodante no es un defecto aislado. Es la culminación de un proceso que comienza bajo la superficie de rodadura. Las cargas repetidas de las ruedas generan un efecto de trinquete : la deformación plástica se acumula en la cabeza del riel, el material de esa capa se vuelve notablemente más duro y frágil, la densidad de dislocaciones aumenta y se nuclean microfisuras . Estas microfisuras crecen —transversales y longitudinales— y finalmente afloran en forma de grietas en la cabeza del riel, descamación y desprendimiento de fragmentos, y en el peor de los casos, como una fractura transversal.

El ciclo de desarrollo de grietas consta de tres etapas: nucleación → iniciación → propagación . Las dos primeras etapas consumen, con diferencia, la mayor parte de la vida útil del componente. Es precisamente en este punto donde el rectificado resulta ventajoso, ya que en esas etapas el daño aún se limita a una fina capa superficial que puede eliminarse por completo con una pasada de rectificado.

La regla de profundidad que decide el resultado

Este es el mecanismo que explica el cambio que ha experimentado la industria, pasando del rectificado correctivo tras la aparición de defectos al rectificado preventivo en un ciclo basado en el tonelaje . El requisito de mantenimiento en China es una pasada de rectificado por cada 30-50 millones de toneladas de tráfico acumulado en líneas de alta velocidad, con un intervalo máximo de dos años ; en líneas convencionales, cada 100 millones de toneladas en vías rectas y de gran radio, reduciéndose a 30-50 millones de toneladas por debajo de los 1200 m de radio. Los cortes preventivos son menos profundos por diseño, razón por la cual mantienen la profundidad de la grieta dentro del rango en el que el rectificado sigue siendo más efectivo, y por la cual resultan menos costosos a lo largo de la vida útil del riel que los trabajos correctivos repetidos.

Los parámetros de molienda deciden si se previene la RCF o se alimenta.

Un proceso de rectificado que se realiza a una temperatura excesiva no previene la RCF, sino que la genera. La evidencia es cuantificable. El aumento de la velocidad de la muela de 1000 a 3000 rpm incrementa la rugosidad superficial de 6,6 a 8,4 μm y el espesor de la capa blanca de aproximadamente 45 μm a 320 μm ; a 3000 rpm, la capa blanca presenta picaduras de descamación y el mecanismo de remoción cambia de un solo corte a una combinación de corte y descamación. Esta capa blanca es dura y quebradiza (aproximadamente 870 HV0.3 frente a unos 340 HV0.3 para el metal base, un aumento del 155 % ) y las investigaciones de Michael et al. y de Steenbergen descubrieron que se fractura prematuramente durante el servicio y es presionada contra el sustrato por la muela, lo que inicia y propaga nuevas grietas.

El objetivo es realizar un corte preciso y controlado, cumpliendo con los parámetros de aceptación: rugosidad superficial Ra ≤ 10 μm , planitud dentro de 0,3 mm bajo una regla de 1 m, ausencia de quemado azul continuo , profundidad de rectificado ≤ 0,5 mm sobre el metal base y un acabado superior al 1‰ . Una pasada que cumpla con estos parámetros habrá eliminado la capa de fatiga y dejado una superficie que no se convertirá en el origen de la próxima grieta.

Caso práctico y datos: desde la eliminación de grietas hasta la durabilidad verificada.

El resultado está documentado en la vía. En la línea de alta velocidad de Hewu, la comparación verificada fue de 4,28 frente a 3,27 kilómetros de paso por milímetro de desgaste de la rueda, con una mejor rueda individual de 214,22 kilómetros de paso y sin quema azul continua , la condición de la superficie que de otro modo alimentaría RCF. Un Liuzhou GMC-96X eliminó 18,72 kilómetros de paso en una parada de dos horas con un consumo de rueda de 20 a 30 mm frente a 43,5 a 59 mm para la referencia importada. Las pruebas independientes en la Academia China de Ciencias Ferroviarias midieron un desgaste de la rueda 1,4 a 2,6 veces mejor que la especificación, y una rueda G1b de 260 × 90 × 153 mm y 50 m/s sobrevivió a 4775 rpm durante 30 s sin romperse con un desequilibrio de 21 g . Más recientemente, una prueba con la Loram DM01 logró un Ra de 1,05–9,0 μm, principalmente de 2–4 μm sin quemar azul. RailwayCare fabrica estas muelas desde 2004 —el primer productor de muelas abrasivas para rieles en China—, elaboró la norma JB/T 11431 según la cual se fabrican y cuenta con las certificaciones ISO 9001, ISO 45001 y CRCC . La gama Molaton abarca tanto trenes de rectificado como máquinas portátiles, por lo que se puede obtener el mismo corte controlado con un tren de 96 muelas o una rectificadora de desvíos individual.