Karbon çeliği, karbonla alaşımlanmış demirdir ve davranışı esas olarak karbon içeriğine göre belirlenir. Artan karbona göre dört geleneksel tür, düşük karbonlu, orta karbonlu, yüksek karbonlu ve ultra-yüksek karbonlu çeliktir. Karbon içeriği gücü ve sertliği artırır ancak sünekliği, tokluğu ve kaynaklanabilirliği azaltır; bu nedenle malzeme seçimi en yüksek sayıya ulaşmak için bir yarıştan ziyade her zaman bir dengedir.
Dört Tür Karbon Çeliği
| Tip | Karbon içeriği | Tipik özellikler | Yaygın kullanımlar |
| Düşük karbonlu (yumuşak çelik) | %0,3'ün altında | Yumuşak, sünek, kolayca kaynaklanabilir ve şekillendirilebilir | Yapısal bölümler, borular, araba gövdeleri, genel imalat |
| Orta karbon | 0.3-0.6% | Mukavemet ve süneklik dengesi | Dişliler, akslar, miller, makine parçaları |
| Yüksek karbon | 0.6-1.0% | Sert, aşınmaya dayanıklı, daha az sünek | Yaylar, teller, kesici aletler, raylar |
| Ultra-yüksek karbon | 1.0-2.0% | Son derece sert ve kırılgan | Kalıplar, zımbalar, uzman kesici kenarlar |
Ray Çeliği Nasıl Sınıflandırılır?
Ray çeliği üç ailede üretilmektedir. Karbon raylar demir cevheri- bazlı ısılardan eritilir ve yuvarlanır; dayanıklılık için esas olarak karbon ve manganez kullanılır; Tipik bir sıradan ray çeliği yaklaşık %0,40-0,80 karbon ve yaklaşık %1,0-1,4 manganez içerir. Alaşımlı raylar, mukavemeti ve tokluğu karbon kalitelerinin ötesine yükseltmek için vanadyum, titanyum, krom veya niyobyum gibi küçük miktarlarda alaşım elementleri ekler. Isıl işlem görmüş raylar, perlit yapısını iyileştirmek için kontrollü koşullar altında ısıtılan ve daha sonra soğutulan karbon veya alaşım raylardır; ray başlığı, aşınma direncini büyük ölçüde artıran ve servis ömrünü uzatan sertleştirilmiş bir katman geliştirir.
Çin Ray Kaliteleri ve Mekanik Özellikler
Sıcak-haddelenmiş raylar (GB/T 2585)
| Seviye | Çekme mukavemeti (MPa) | Sertlik (HB) |
| U75V | en az 980 | 280-320 |
| U78CrV | en az 1080 | 310-360 |
| U76CrRE | en az 1080 | 310-360 |
| U77MnCr | en az 980 | 290-330 |
Isıl-işlem görmüş raylar
| Seviye | Çekme mukavemeti (MPa) | Sertlik (HB) |
| U75V (ısıl işlem görmüş) | en az 1180 | 320-380 |
| U78CrV (ısıl işlem görmüş) | en az 1280 | 370-420 |
Avrupa ve UIC aileleri kendi tanımlamalarını kullanır: EN 13674-1 uyarınca R260 ve R350HT ve UIC 860 kapsamında 700, 900A ve 1100 kaliteleri; burada sayı, MPa cinsinden minimum çekme dayanımıdır.
Doğru Ray Çeliğini Seçmek
Trafikten kaliteyi seçin: Ağır aks yükleri ve keskin virajlar daha sert, daha yüksek-mukavemetli başlıklar gerektirir; ısıl işlem görmüş raylar bu noktada-en yüksek puanı kazanır. Düz, hafif yüklü hatlar standart karbon kalitelerini daha düşük maliyetle çalıştırabilir. Kaynaklanabilirlik de önemlidir: yüksek-karbonlu ve alaşımlı raylar kontrollü kaynak prosedürlerine ihtiyaç duyar ve rayın kimyasal bileşimi projede kullanılan kaynak işlemiyle uyumlu olmalıdır. Bağlantı elemanları için, 60Si2MnA gibi yay çelikleri yüksek-karbon aralığında yer alır ve ısıl işlem sonrası klips sertliği tipik olarak 42-50 HRC'dir.
Yaygın Yanılgılar
Daha yüksek karbon otomatik olarak daha iyi değildir: ultra-yüksek karbonlu çelik, yapısal ve dinamik parçalar için fazla kırılgandır. Raylar aylar içinde aşınabilecek düşük karbonlu çelikten yapılmamıştır. Ve alaşımlı çelik ifadesi paslanmaz çelik anlamına gelmez: alaşım elementleri korozyon direnci için değil, mukavemeti ve tokluğu arttırmak için küçük yüzdelerde eklenir.
SSS
Ray çeliği neden her zaman yüksek karbonludur?
Çünkü ray başlığının aşınmaya karşı dayanıklı olması ve rayın bir bütün olarak bükülmeye ve yorulmaya karşı dayanıklı olması gerekir. Yüksek karbon gereken sertliği ve gücü verirken, spesifik karbon ve manganez seviyeleri kaynaklanabilirlik ve tokluk için ayarlanmıştır.
Karbon ray ile alaşım ray arasındaki fark nedir?
Karbon rayı dayanıklılık açısından karbon ve manganeze dayanır; alaşımlı ray, mukavemeti ve tokluğu daha yükseğe çıkarmak için az miktarda vanadyum, titanyum, krom veya niyobyum ekler.
Isıl işlem raya ne yapar?
Kontrollü ısıtma ve soğutma, perlit yapısını iyileştirir ve ray başında sertleştirilmiş bir katman oluşturur; bu da tipik olarak çekme mukavemetini 150-200 MPa kadar artırır ve kavisli hat üzerinde aşınma ömrünü önemli ölçüde artırır.
U75V, U71Mn'den daha mı iyi?
U75V daha yüksek mukavemete ve daha iyi aşınma direncine sahiptir ve ağır-taşıma ve yüksek-hızlı hatlar için yaygın bir seçimdir. U71Mn, kaynaklanabilirliği ve maliyet dengesinin iyi olduğu geleneksel hatlarda yaygın olarak kullanılmaya devam etmektedir.
Yüksek karbonlu çelik kolayca kaynaklanabilir mi?
Hayır. Yüksek karbonlu çelikler kontrollü ön ısıtmaya, nitelikli prosedürlere ve kaynak sonrası incelemeye ihtiyaç duyar; bu nedenle ray kaynağı (flaş alın, termit veya alüminotermik) onaylanmış parametrelere sahip uzman bir işlemdir.
Yaylı klipslerin sertliği ne olmalıdır?
Demiryolu yay klipsleri tipik olarak söndürülür ve 42-50 HRC'ye kadar temperlenir. Daha düşük sertlik, plastik deformasyona ve ayak parmağı yükü kaybına neden olur; daha yüksek sertlik, darbe altında kırılgan kırılma riski taşır.