Una sección de riel usado muestra cuánto acero se ha desgastado en el lado izquierdo de la cabeza del riel después de aproximadamente 4 años de pruebas. Crédito:ORNL / Genevieve Martin
Los rieles de ferrocarril están diseñados para soportar años de cargas pesadas y diferentes condiciones de operación. Sin embargo, tiempo extraordinario, las fuerzas de contacto entre los rieles y las ruedas de los trenes pueden causar un desgaste significativo en los rieles, que luego debe ser reemplazado para garantizar la seguridad y confiabilidad.
Investigadores del Transportation Technology Center Inc. (TTCI) están analizando segmentos ferroviarios nuevos y usados con neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE). TTCI es la subsidiaria de investigación de la Asociación de Ferrocarriles Americanos en América del Norte, al servicio de toda la industria ferroviaria de América del Norte. Después de estudiar los rieles en su circuito de prueba de carga pesada de ferrocarril de 2.7 millas de largo en las afueras de Pueblo, Colorado, TTCI está utilizando neutrones para comprender mejor cómo los efectos relacionados con el estrés a escala atómica influyen en la durabilidad y el rendimiento de los rieles a lo largo del tiempo.
"Estos rieles se están probando en curvas, porque ahí es donde tenemos más desgaste de los rieles, como resultado del roce de las ruedas contra el riel con fuerzas elevadas, ", dijo el investigador principal de TTCI, el Dr. Ananyo Banerjee." La rueda entra en contacto con el costado y la parte superior del riel y lo desgasta lentamente ".
Durante la fabricación, el acero se aprieta y deforma para dar forma al riel, que crea tensión residual en la microestructura del material durante los procesos de calentamiento y enfriamiento. Los neutrones son herramientas ideales para estudiar rieles, ya que pueden penetrar metales densos más profundamente que métodos similares como la difracción de rayos X.
El investigador de TTCI, el Dr. Ananyo Banerjee, utiliza el instrumento HB-2B de HFIR para analizar las tensiones residuales en una sección desgastada del riel, con el objetivo de desarrollar nuevas mejoras para la confiabilidad ferroviaria. Crédito:ORNL / Genevieve Martin
"Una de las razones por las que estamos analizando estas tensiones es que, con el tiempo, el riel no solo se desgasta, también desarrolla defectos en el interior como grietas por fatiga, similar a lo que vemos a veces en componentes metálicos sujetos a cargas cíclicas en otras aplicaciones, "dijo Banerjee." Al usar el método de dispersión de neutrones aquí, podemos cuantificar estas tensiones ".
Usando la facilidad de mapeo de estrés residual de neutrones, línea de luz HB-2B en el reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) de ORNL, Banerjee pudo mapear las ubicaciones y las magnitudes de las tensiones residuales en las muestras de rieles que está estudiando. Esa información proporciona posibles conocimientos sobre cómo se crearon las tensiones durante el proceso de fabricación que podrían afectar las propiedades mecánicas del riel durante la operación.
Banerjee dijo que los datos de dispersión de neutrones ayudarán a TTCI a desarrollar modelos mejorados de simulación de rieles y otras aplicaciones para mejorar la durabilidad del riel para una mayor seguridad y rendimiento.
