Demiryolu hattı

Demiryolu hattı, raylar, bağlantı elemanları, traversler ve balast ile alttaki alt kattan oluşan bir yapıdır. Demiryolu hattı, raylı taşıtların tekerlekleri üzerinde dönebilecekleri güvenilir bir yüzey sağlayarak hareket etmesini sağlar. Elektrikli trenlerin veya elektrikli tramvayların geçtiği şeritler, üstten elektrik güç hattı veya ilave elektrikli ray gibi bir elektrifikasyon sistemi ile donatılmıştır.

 Raylar 
Raylar çelikten imal edilmiş ve demiryolu araçlarının teker yüklerini karşılamak, tekerlere kılavuzluk etmek ve demiryolu araçlarına düzgün bir sürüş yüzeyi sağlamak için kullanılan yapı elemanlarıdır.

 Ray Çeliklerinin Fiziksel Özellikleri 
 Çelik Sınıfı (Yeni) Kalite (Eski) Elastisite Modülü (E) (MPa) Genleşme Katsayısı [1/K] Çekme Dayanımı (MPa) Kopma Uzaması [A5] (%) R260 900 A 210000 11,5 880 >10 R350 HT "HH","HSH",  210000 11,5 1175 >9
 Not: HH: "Head-Hardened" (Mantarı Sertleştirilmiş), HSH: "Special Head Hardened"

 Raylar
 Tekerlek yüklerinden kaynaklanan eğilme ve burulma yüklerine,
 Sıcaklık değişimlerinin ve demiryolu araçlarının frenleme, ivmelenme hareketlerinin yol açtığı boylamasına yüklere maruz kalırlar. 
 Raylar, ray-tekerlek temasının yol açtığı aşağıdaki etkilere karşı dirençli olmalıdır;
 Aşınma
 Ezilme
 RCF (Temas gerilmesi yorulması)
 Çatlak Oluşumu, Head Check, Squat
 Lokal kabuk atma, yüzeyde parçalanma
 Ondülasyon oluşumları
 Bir ray çeliğinden;
 Yorulma dayanımının yüksek olması
 Yeterli yükseklikte akma/çekme dayanımı ve sertlik 
 Gevrek kırılmaya karşı dirençli olması
 Kaynaklanabilirlik 
 Yüzey düzgünlüğü, profil doğruluğu
 Yüzey kalitesinin yüksek olması özelliklerini taşıması beklenmelidir.

 Ray Çeliklerinin Metalurjik Özellikleri 
Ray standardı olarak kullanılan EN 13674-1 içerisinde sertlik değerleri 200 Brinell ile 440 Brinell arasında değişen 9 adet perlitik ray sınıfı tanımlanmıştır.
+ Çelik Sınıfları (EN 13674-1, Tablo 1) Çelik Sınıfı Sertlik Sınıfı (HBW) Tanım Damga İşareti R200 200-240 Alaşımsız (C-Mn), ısıl işlem görmemiş. Damga İşareti yok R220 220-260 Alaşımsız (C-Mn), ısıl işlem görmemiş. ———— R260 260-300 Alaşımsız, ısıl işlem görmemiş. —— ———— R260Mn 260-300 Alaşımsız (C-Mn), ısıl işlem görmemiş. ———— ———— R320Cr 320-360 Alaşımlı (%1 Cr), ısıl işlem görmemiş. ———— ———— ———— R350 HT 350-390 Alaşımsız (C-Mn), ısıl işlem görmüş. —— ———— ———— R350 LHT 350-390 Alaşımsız (C-Mn), ısıl işlem görmüş. —— ———— ———— —— R370 CrHT 370-410 Alaşımlı (C-Mn), ısıl işlem görmüş. —— ———— ———— ———— R400HT 400-440 Alaşımsız (C-Mn), ısıl işlem görmüş.———— ———— ————

 EN13674-1 standardının  5 nolu tablosunda ise ray çeliklerinin kimyasal kompozisyonları ile mekanik özellikleri tanımlanmıştır. Ray çeliği olarak sıklıkla kullanılan bazı çeliklerin eriyik kompozisyonlarına dair tolerans aralıkları şu şekildedir
+ R200 R260 R260Mn R320Cr R350HT R370Cr HT R400HT Karbon (C) 0.40-0.60 0.62-.080 0.55-0.75 0.60-0.80 0.72-0.80 0.70-0.82 0.90-1.05 Silisyum (Si) 0.15-0.58 0.15-0.58 0.15-0.60 0.50-1.10 0.15-0.58 0.40-1.00 0.20-0.60 Mangan (Mn) 0.70-1.20 0.70-1.20 1.30-1.70 0.80-1.20  0.70-1.20 0.70-1.10 1.00-1.30 Fosfor (P) maks 0.035 maks 0.025 maks 0.025 maks. 0.020 maks. 0.020 maks 0.020 maks 0.020 Kükürt (S) maks 0.035 maks 0.025 maks 0.025 maks. 0.025 maks. 0.025 maks 0.020 maks. 0.020 Krom (Cr) maks 0.15 maks 0.15 maks 0.15 0.80-1.20 maks. 0.15 0.40-0.60 maks 0.030

 Alaşım elementlerinin  ray çeliği özelliklerine olan etkisi
 Karbon(C): Karbon çelik içerisindeki en önemli alaşım elementidir. Karbon içeriğinin artışı çeliğin mekanik dayanımını ve sertliğini artırır. Diğer taraftan karbonun artışı çeliğin tokluğunu, işlenebilirliğini ve kaynaklanabilirliğini olumsuz yönde etkiler. Yapı çeliklerinde kaynaklanabilirlik özelliği 0.20% C miktarından sonra kötüleşir. Ancak ray çeliklerindeki C miktarı (% 0.50- 1.00 arasında) bu miktarın çok daha üzerindedir. Bu nedenle ray çeliklerinin kaynaklanması çok daha zor olup özel gerekliliklere ihtiyaç duyar. Ek olarak, yüksek C içeriği malzemeyi gevrekleştirir. 
 Mangan (Mn): Mn elementi çelik içerisindeki kükürdü(S) gidermek için ilave edilir. Mangan çeliğin işlenebilirliğini artırır. Buna ilave olarak mangan ilavesi çeliğin dayanımını (fakat C elementinden daha az bir etkiyle) ve çukurcuk korozyonuna karşı dayanımını artırır. Tüm bu nedenlerden dolayı Mn çelik içerisindeki en önemli alaşım elementlerinden birisidir. Ray çeliklerindeki alaşım elementi olmasının yanı sıra demiryolu makaslarında kullanılan göbekler de %1.0-1.4 C ile %11-14 arası Mn birleşimiyle imal edilirler. "Hadfield Çeliği" olarak adlandırılan bu çelikler östenitik yapıda olup yüksek tokluğa sahiptirler. 
 Silisyum (Si): Silis çelik içerisinde her zaman mevcut olup Oksijeni bağlamakta kullanılır. %0.50'nin üzerindeki miktarlarda alaşım elementi olarak, bunun altındaki miktarlarda ise eşlik eden element olarak bulunur. Silis ilavesi ile akma dayanımının çekme dayanımına olan oranı yükselir.
 Krom (Cr): Alaşım elementi olarak Krom kullanılması çeliğin mekanik dayanımını artırırken tokluğun bir miktar azalmasına yol açar. Krom ilavesiyle sertleşebilirlik artacağı için çeliğin hızlı soğutulmasına ihtiyaç yoktur.

 Ray çeliği içinde safsızlığa yol açan elementler
 Fosfor (P): Fosfor elementi soğuk gevreklik gelişimine yol açacağı için zararlıdır. Soğuk çatlak çeliğin düşük sıcaklıklarda gevrekleşmesine verilen isimdir. İzin verilen maksimum Fosfor miktarı %0.0.25tir. 
 Hidrojen (H): Hidrojen soğuk çatlak oluşumuna sebebiyet verdiği için zararlıdır.
 Oksijen (O): Oksitler şeklinde çelikte bulunan oksijen elementi mekanik özellikleri ve özellikle de kopma uzamasını düşürdüğü için zararlıdır.
 Kükürt(S): Sülfür de zararlı bir elementtir. Demir (Fe) ile birleşerek çelik içerisinde düşük ergime noktasına sahip FeS meydana getirir ve bu gevrekliğe sebep olur.

 Makinalı ray alın kaynağı 
Demiryollarında araçların üzerinde ilerlediği rayların her iki uçlarının diğer raylarla birleştiği yerlerin özel kaynak makineleri ile birbirine kaynatılmasıdır. Bu sayede raylar üzerinden araçlar geçerken bu birleşme yerlerinde oluşan sesler ve sarsıntılar engellenmiş olur. Kaynak sırasında her iki ray başı bu özel makine içerisinde yüksek bir ısıda ergime noktasına kadar ısıtılır. Ergime noktasında öndeki ray 4–5 cm civarında arkadaki rayın içerisine çekilir ve ardından ısıtma işlemi durdurulur. Doğal soğuma gerçekleşip raylar soğuduğunda ise kaynak yapılan yer kalın ve ince taşlama ile düzeltilir.

Kaynak yapılmadan önce ray stresi alınır, stres alınma işlemi rayın bulunduğu ortamın senelik ortalama sıcaklığı yani optimum(nötr) sıcaklığın olduğu değere göre ray uzunluğu, rayın o anki sıcaklığı ile optimum sıcaklık arasındaki fark çarpılarak uzama miktarı bulunur, bu miktar dahilinde ray hidrolik makine ile çekilerek stresi alınır daha sonra kaynak yapılır.

Uzama Miktarı Hesabı : ΔL=α*Δt*L'ΔL= Uzama miktarıα= Çeliğin zama kat sayısı (1.15*10ᴧ-5)Δt= Sıcaklık farkı (ray sıcaklığı ile nötr sıcaklık farkı)''L =Ray boyu'''

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 

 Table of North American tee rail (flat bottom) sections
 ThyssenKrupp handbook, Vignoles rail
 ThyssenKrupp handbook, Light Vignoles rail
 Track Details in photographs
 "Drawing of England Track Laying in Sections at 200 yards an hour" Popular Mechanics, December 1930
 Railway technical


Kategori:Demiryolu hattı tasarımları
Kategori:Yapısal çelik
Kategori:Demiryolu ulaşımı altyapısı