Alle ombord på neutrontoget - kortlægning af resterende spændinger for mere robuste skinner

Jernbaneskinner er designet til at tåle mange års tunge belastninger og forskellige driftsforhold. Imidlertid, over tid, kontaktkræfter mellem skinnerne og hjulene på tog kan forårsage betydeligt slid på skinnerne, som så skal udskiftes for at sikre sikkerhed og pålidelighed.

Forskere fra Transportation Technology Center Inc. (TTCI) analyserer nye og brugte jernbanesegmenter med neutroner ved Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory (ORNL). TTCI er Association of American Railroads' forskningsdatterselskab i Nordamerika, betjener hele den nordamerikanske jernbaneindustri. Efter at have studeret skinnerne ved dens 2,7 kilometer lange testsløjfe for tung gods fra jernbanen uden for Pueblo, Colorado, TTCI bruger neutroner til bedre at forstå, hvordan stressrelaterede effekter på atomær skala påvirker skinnernes holdbarhed og ydeevne over tid.

"Disse skinner bliver testet i kurver, fordi det er der, vi får mere slid på skinnerne, som følge af at hjulene gnider mod skinnen ved store kræfter, " sagde TTCI's hovedefterforsker Dr. Ananyo Banerjee. "Hjulet kommer i kontakt med siden og toppen af ​​skinnen og slider det langsomt ned."

Under fremstillingen, stål presses og deformeres for at forme skinnen, som skaber restspænding i materialets mikrostruktur under opvarmnings- og afkølingsprocesserne. Neutroner er ideelle værktøjer til at studere skinner, da de kan trænge ind i tætte metaller dybere end lignende metoder såsom røntgendiffraktion.

"En af grundene til, at vi ser på disse belastninger er, at over tid, skinnen slides ikke kun, det udvikler også defekter indeni som træthedsrevner, svarende til, hvad vi nogle gange ser i metalkomponenter, der udsættes for cyklisk belastning i andre applikationer, " sagde Banerjee. "Ved at bruge neutronspredningsmetoden her, vi kan kvantificere disse belastninger."

Brug af kortlægningsfaciliteten for neutronrestspænding, beamline HB-2B ved ORNL's High Flux Isotope Reactor (HFIR), Banerjee var i stand til at kortlægge placeringen og størrelsen af ​​resterende spændinger i de skinneprøver, han studerer. Disse oplysninger giver mulig indsigt i, hvordan spændinger blev skabt under fremstillingsprocessen, som kunne påvirke skinnens mekaniske egenskaber under drift.

Banerjee sagde, at neutronspredningsdataene vil hjælpe TTCI med at udvikle forbedrede skinnesimuleringsmodeller og andre applikationer for at forbedre jernbanens holdbarhed for øget sikkerhed og ydeevne.