Spoorrails zijn ontworpen om jarenlang zware lasten en verschillende bedrijfsomstandigheden te doorstaan. Echter, overuren, contactkrachten tussen de rails en de wielen van treinen kunnen aanzienlijke slijtage van de rails veroorzaken, die vervolgens moeten worden vervangen om de veiligheid en betrouwbaarheid te garanderen.

Onderzoekers van het Transportation Technology Center Inc. (TTCI) analyseren nieuwe en gebruikte spoorsegmenten met neutronen in het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy (DOE's). TTCI is de onderzoeksdochter van de Association of American Railroads in Noord-Amerika, ten dienste van de gehele Noord-Amerikaanse spoorwegindustrie. Na het bestuderen van de rails op de 2,7 mijl lange testlus voor zware vracht van de spoorweg buiten Pueblo, Colorado, TTCI gebruikt neutronen om beter te begrijpen hoe stressgerelateerde effecten op atomaire schaal de duurzaamheid en prestaties van het spoor in de loop van de tijd beïnvloeden.

"Deze rails worden getest in bochten, want daar krijgen we meer slijtage aan de rails, doordat de wielen met hoge krachten tegen de rail wrijven, "Zei TTCI-hoofdonderzoeker Dr. Ananyo Banerjee. "Het wiel komt in contact met de zijkant en bovenkant van de rail en verslijt het langzaam."

Tijdens de productie, staal wordt geperst en vervormd om de rail te vormen, wat zorgt voor restspanning in de microstructuur van het materiaal tijdens de verwarmings- en koelprocessen. Neutronen zijn ideale hulpmiddelen voor het bestuderen van rails, omdat ze dieper in dichte metalen kunnen doordringen dan vergelijkbare methoden zoals röntgendiffractie.

"Een van de redenen waarom we naar deze spanningen kijken, is dat na verloop van tijd, de rails slijt niet alleen, het ontwikkelt ook defecten aan de binnenkant, zoals vermoeiingsscheuren, vergelijkbaar met wat we soms zien in metalen componenten die worden onderworpen aan cyclische belasting in andere toepassingen, " zei Banerjee. "Door hier de neutronenverstrooiingsmethode te gebruiken, we kunnen deze spanningen kwantificeren."

Met behulp van de Neutron Residual Stress Mapping Facility, bundellijn HB-2B bij ORNL's High Flux Isotoop Reactor (HFIR), Banerjee was in staat om de locaties en groottes van restspanningen in de spoorstaven die hij bestudeert in kaart te brengen. Die informatie geeft mogelijk inzicht in hoe tijdens het fabricageproces spanningen zijn ontstaan ​​die de mechanische eigenschappen van de rail tijdens bedrijf kunnen beïnvloeden.

Banerjee zei dat de neutronenverstrooiingsgegevens TTCI zullen helpen bij het ontwikkelen van verbeterde spoorsimulatiemodellen en andere toepassingen om de duurzaamheid van het spoor te verbeteren voor meer veiligheid en prestaties.