criterii de calitate a rotilor monobloc calite superficial

“CONSTANTIN BRÂNCUSI” UNIVERSITY – ENGINEERING FACULTY
UNIVERSITY’S DAY
8 th INTERNATIONAL CONFERENCE
Târgu Jiu, May 24-26, 2002
Târgu Jiu, Geneva Street, nr.3, 1400, Gorj, România,Tel.+4053215848, Fax+4053214462, www.utgjiu.ro
CRITERII DE CALITATE A ROTILOR MONOBLOC CALITE
SUPERFICIAL
Banuta Marina, Inginer- S.C. S.M.R. S.A. Bals
Sontea Sever, Profesor Doctor Inginer- Facultatea de Mecanica
din Craiova
ABSTRACT: The safety on the whole world railways depends both of the use conditions and of the new
products quality.
The quality criterions at the producer take into consideration the geometry and, most of all, the material
properties.
The paper refers to the quality criterions of the solid wheels materials and to the mechanical testing of the new
weels at the manufacturer.
1. Generalitati. Clasificare
Alegerea materialelor folosite la fabricatia rotilor monobloc de cale ferata a fost facuta
astfel ca acestea sa indeplineasca in timpul exploatarii o serie de conditii referitoare atit la
durabilitate, cit si la siguranta circulatiei pe caile ferate din intreaga lume. De asemenea, in
concordanta cu aceste caracteristici a fost aleasa si o compozitie chimica care sa poata conferi
materialului proprietatile dorite.
Fiecare norma specifica internationala din domeniul materialului rulant , cum ar fi Union
Internationale de Chemin de Fer ( U.I.C. ), American Asociation of Railroads ( A.A.R. ),
British Standard(B.S.), Deutsche Bahn AG, Indian Railways Specification ( I.R.S. ) – si am
numit doar o parte din acestea, prevede propriile calitati de material, cu compozitia,
caracteristicile mecanice si modul de testare a acestora.
Pe durata exploatarii lor, rotile monobloc sunt supuse unei solicitari deosebit de complexe,
fie continua, in principal de natura mecanica, cu forte proportionale cu viteza si incarcarea, fie
temporare si intermitente, de natura termica, datorate unor factori externi, cum ar fi : frecarea,
frinarea, socul, etc.
Este deci evident ca rotile monobloc de cale ferata trebuie sa indeplineasca la producator
niste criterii de calitate exigente, atit in ceea ce priveste calitatea materialului, cit si in ceea ce
priveste calitatea suprafetelor si precizia dimensionala. Aceste criterii sunt obligatorii pentru
furnizorii de material rulant ai tuturor retelelor de cale ferata din lume si sunt stabilite prin
norme cum sunt cele amintite anterior.
In general, fiecare retea nationala de cale ferata are propria norma sau specificatie tehnica
de receptie a materialului nou, dar cele mai-sus amintite au, de asemenea, regim de norme
internationale.
In functie de natura lor, se poate face o clasificare a criteriilor de calitate ale materialului
rulant, astfel:
- criterii de receptie referitoare la material
- criterii de receptie referitoare la produsul finit.
1.

2. Criterii de calitate referitoare la material
2.1. Compozitia chimica. Proprietati mecanice
In cazul rotilor monobloc, exista mai multe calitati de material, care corespund calitatilor de
oteluri OLC, fiind oteluri nealiate. Difera intre ele prin continutul de carbon- rotile pentru
materialul tractat sunt din oteluri cu continut mai scazut de carbon(0,52-0,60%C), in timp ce
rotile pentru material motor, locomotive sunt din oteluri cu continut mai mare de carbon,
mergind pina la 0,77%C dupa unele norme.
In afara de valorile impuse pentru Mn( max 0,80% ), Si( max0.50% ), S,P( max0,035% ),
este impus, deasemenea, si un continut maxim de gaze, din care, cel mai important este
H(max 2ppm).
Se cunoaste ca prezenta hidrogenului este complet nefavorabila, el marind susceptibilitatea
otelului de a forma fulgi, care inrautatesc dramatic toate caracteristicile mecanice. De altfel,
prezenta fulgilor este un motiv de respingere definitiva a intregului lot de tratament termic, el
neputind fi prezentat sub nici o forma la o receptie ulterioara.
Compozitia chimica este verificata la elaborare, pe oala, si inca odata pe produsul finit,
dupa efectuarea incercarilor mecanice, fiind admise intre cele doua analize abateri bine stabilite
de normele in vigoare.
Proprietatile mecanice sunt verificate dupa efectuarea tratamentului termic, care consta in
calirea superficiala urmata de revenire inalta a obadei rotii. Verificarea se efectueaza pe lot de
tratament termic, pe o roata reprezentativa pentru acesta.
Valorile caracteristicilor mecanice depind de calitatea materialului si cu mici modificari de
norma dupa care sunt fabricate, dar proprietatile determinate sunt aceleasi:
- rezistenta la rupere Rm[N/mm 2 ], din zona calita(obada) si din zona necalita(membrana);
- alungirea A[%], pentru ambele zone;
- energia de rupere KU[J] din zona calita;
- tenacitatea la rupere KQ[Mpam 1/2 ] din zona calita – numai pentru roti care in exploatare
vor fi frinate cu sabot;
- duritatea HB in sectiunea obadei. Dupa efectuarea tratatmentului termic complet, un
criteriu eliminatoriu este verificarea duritatii pe fiecare roata din lot, intr-un punct de pe
obada.
- tensiuni interne in obada rotii, prin metoda distructiva;
- analiza macrografica prin metoda Baumann;
- analiza macroscopica prin atac cu reactivi chimici;
- analiza microscopica. Modul de prelevare a probelor sunt prezentate in schitele din anexa1
Pentru toate aceste verificari, cu exceptia depistarii prezentei fulgilor la analiza macroscopica,
la obtinerea unui rezultat necorespunzator, se admite efectuarea contraprobelor. In
general, contraprobele reprezinta efectuarea unui numar dublu de probe pentru cazul in care s-
au obtinut rezultate nesatisfacatoare la una din incercari. Se admite, de asemenea, un numar
limitat (doua) de retratari si un numar nelimitat de reveniri, dupa care lotul de tratament se
prezinta pentru receptie ca lot nou, cu efectuarea tuturor probelor impuse.
Este interesant de precizat ca una din aceste incercari, cea de determinare a tenacitatii la
rupere este impusa relativ recent, in anul 1999, si este ceruta numai retelele UIC si numai
pentru rotile din materialul R7T care vor fi frinate cu sabot.
Aceasta incercare de mecanica ruperii a fost stabilita pentru ca materialul nou sa aiba o
tenacitate cunoscuta de cel putin 80 Mpam 1/2 , astfel ca riscul de fisurare si chiar rupere in
exploatare a rotii sa fie micsorat. Dupa studii indelungate efectuate pe pantele din Alpii
elvetieni[1], care impun frinari indelungate si repetate, s-a ajuns la concluzia ca o tenacitate
ridicata poate stavili evolutia cresterii unor fisuri aparute in vecinatatea unor concentratori de
2.

tensiuni, in conditiile in care, datorita temperaturilor inalte produse de frinari, tensiunile
interne –initial de compresiune- devin tensiuni de intindere.
De asemenea, este interesant de precizat ca normele de fabricatie americane, nu prevad
verificarea proprietatior mecanice, ci doar a compozitiei chimice si controlul la defecte interne
prin metode ultrasonice.
2.2. Controlul intern nedistructiv
In cazul rotilor de cale ferata, controlul intern defectoscopic se realizeaza prin metoda
ultrasonica si prin control magnetic. Scopul acestor verificari este de a elimina acele roti care
au defecte interne( fisuri, incluziuni, crapaturi ) aparute in procesul de fabricatie si al caror
nivel se situeaza peste o limita maxima admisibila, care variaza de la norma la norma.
Controlul cu particule magnetice are drept scop depistarea defectelor de suprafata.
Controlul ultrasonic se realizeaza cu un dublu scop: masurarea atenuarii si controlul la defecte
interne. Acest control se realizeaza in prezent pentru materialul nou prin doua metode: cu
aparate portabile sau cu ajutorul unei instalatii sofisticate de control automat prin imersieproces
monitorizat de computer. Toate rotile gasite necorespunzatoare in aceasta etapa a
procesului tehnologic sunt indepartate ca produse neconforme.
3. Criterii de calitate referitoare la produsul finit
Aceste criterii se refera la verificarea dimensiunilor si a starii suprafetelor si la verificarea
dezechilibrului rezidual.
Controlul dimensional este efectuat pe fiecare roata in parte, orice roata gasita necorespunzatoare
fiind eliminata daca este rebut definitiv sau, daca este posibil defectul este remediat.
Se acorda o foarte mare atentie dimensiunilor cu importanta in exploatare – profilul caii de
rulare- si a celor care vor fi folosite ulterior pentru montarea pe osie- diametrul alezajului din
butucul rotii. De asemenea, se verifica riguros rugozitatea suprafetelor.
Controlul dezechilibrului rezidual este verificat pe un dispozitiv special, valoarea maxima
admisa pentru acesta fiind de 120 gm.
Toate masuratorile si toate inregistrarile de calitate sunt prevazute in Planul Calitatii,
Procedurile de Inspectie si Procedurile de Lucru in cadrul unui Sistem al Calitatii atestat ISO
9001, care este obligatoriu pentru totii producatorii de material rulant, furnizori ai oricarei
retele. In plus, fiecare retea nationala de cale ferata poate veni cu precizari proprii si cu cerinte
de atestare individuala.
Inregistrarile de calitate sunt arhivate la producator si pastrate pe perioada de garantie, care
este de 5 ani, perioada luata in considerare de la data marcajului de pe produs.
4. Concluzii
In lucrarea de fata au fost prezentate criteriile generale de calitate referitoare la rotile monobloc
de cale ferata noi. Exista o mare diversitate de tipuri de roti, atit in ceea ce priveste
calitatea materialului din care sunt executate, cit si in ceea ce priveste forma membranei sau a
profilului de rulare. Aceasta diversitate este determinata de existenta diferitelor retele, care au
norme proprii de receptie, dar si de tipul de ecartament, duritate a sinei de cale ferata, conditii
de mediu ambiant, etc.
3.

Cu toate acestea, exista ceva in comun- grija pentru receptionarea unor produse de calitate
foarte buna, care sa faca fata cerintelor de durabilitate crescuta si circulatie in siguranta, in
conditiile unei cresteri continue a vitezelor pe caile ferate din intreaga lume.
BIBLIOGRAFIE
[1] Rode M.- Monitoring Solid Wheels in Service- ERRI/B169 Specialists’ Committee,
lecture presented at The 9-th Wheelsets Congress, Paris, 1995
[2] Union Internationale de Chemins de Fer- UIC 812.3-0/84 – Specification technique pour
la fourniture de roues monoblocs en acier non allie lamine pour materiel roulant moteur et
remorque
[3] ST 02 SMR/2 – Specificatie tehnica- Roata monobloc din otel nealiat laminat