Die Ursachen der Werkstoffermüdung in Schienenstählen werden untersucht. Nach der Theorie des Hertzschen Kontaktes zwischen Eisenbahnrad und Schiene wird von einer elliptischen Berührungsfläche ausgegangen. Die aufgebrachte Radlast verursacht neben Normalspannungen zusätzlich Schubspannungen unter der Schienenoberfläche, die Ursache für Schädigungen sein können. An der Schienenoberfläche findet eine wiederholte plastische Verformung statt, die zur Ausbildung einer druckvorgespannten Zone nahe der Oberfläche führt. In Anlehnung an die Vorgänge im Wälzlager kann die Werkstoffbelastung in der Weise aufgefaßt werden, daß sich ein Schubspannungsmaximum abhängig von der Art der Lasteinbringung vom Innern des Schienenkopfes zur Oberfläche hin ausbreitet. Risse im Innern des Schienenkopfes entstehen, wenn eine kritische Spannung überschritten wird. Die genaue Entstehung unterschiedlicher Schädigungsbilder (Shell, Shelling, Nierenbruch, Head Check, Spalling und Squats-Risse), wird, soweit möglich, anhand der Shakedown-Theorie und unter Berücksichtigung der Berührungsgeometrie erläutert. Das Shakedown-Phänomen ist unterteilt in drei Bereiche: das elastische Shakedown, bei dem elastisches Verhalten mit höherem Grenzwert auftritt, das elasto-plastische (plastic shakedown) und letztendlich die nachfolgend auftretende Zerrüttung (Ratchetting). Bei dieser wird bei jedem Lastwechsel eine plastische Dehnung akkumuliert, bis die Rißbildung einsetzt. Für den Schienenstahl S900A und einen feinperlitisch im Salzbad kopfgehärteten Schienenstahl (HSH-Verfahren) sind die für einen Linienkontakt maßgeblichen Traktionskoeffizienten (Quotient von Tangentialspannung und Normalspannung) für Bogenlauf und Geradlauf am Gleis in einer Shakedown-Map dargestellt. Rißbildung und Rißwachstum wird bruchmechanisch erläutert. Zur Verringerung von Rißschäden an Eisenbahnschienen wird empfohlen, einschlußfreie hochfeste Schienenstähle zu verwenden sowie durch systematisches Schienenschleifen der Bildung von Mikrorissen vorzubeugen
Rad/Schiene- Kontakt. Rollkontaktermüdung an Schienen-Werkstoff oder Beanspruchung
Rolling contact fatigue of rails - material of service conditions?
1999
5 Seiten, 11 Bilder, 11 Quellen
Conference paper
German
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