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.^[1]

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.^[2]

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.^[3]

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^[4]

- 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 miktarı

α= Çeliğin zama kat sayısı (1.15*10ᴧ-5)

Δt= Sıcaklık farkı (ray sıcaklığı ile nötr sıcaklık farkı)

L =Ray boyu

Kaynakça

^ Winchester, Clarence (1936). "The permanent way". Railway Wonders of the World. ss. 331-338. 1 Temmuz 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Temmuz 2017.
^ Fendrich, Lothar; Fengler, Wolfgang (2013). "Handbuch Eisenbahninfrastruktur". doi:10.1007/978-3-642-30021-9.
^ "BS EN 13674-1:2011+A1:2017 Railway applications. Track. Rail Vignole railway rails 46 kg/m and above". www.en-standard.eu. 6 Ekim 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Eylül 2023.
^ "Kennisbank Metallurgische Lassen ProRail". prorail-kennisbank-metallurgische-lassen.nl. 6 Ekim 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Eylül 2023.

Dış bağlantılar

Wikimedia Commons'ta Demiryolu hattı ile ilgili ortam dosyaları mevcuttur.

Tren ile ilgili bu madde taslak seviyesindedir. Madde içeriğini genişleterek Vikipedi'ye katkı sağlayabilirsiniz.

[1] Winchester, Clarence (1936). "The permanent way". Railway Wonders of the World. ss. 331-338. 1 Temmuz 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 5 Temmuz 2017.

[2] Fendrich, Lothar; Fengler, Wolfgang (2013). "Handbuch Eisenbahninfrastruktur". doi:10.1007/978-3-642-30021-9.

[3] "BS EN 13674-1:2011+A1:2017 Railway applications. Track. Rail Vignole railway rails 46 kg/m and above". www.en-standard.eu. 6 Ekim 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Eylül 2023.

[4] "Kennisbank Metallurgische Lassen ProRail". prorail-kennisbank-metallurgische-lassen.nl. 6 Ekim 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 21 Eylül 2023.

[1]

[2]

[3]

[4]