大功率半导体激光相变硬化U74钢轨的实验研究

使用自主研制的新型高光束质量大功率半导体激光器对U74钢轨进行相变硬化,并对硬化结果进行分析。分析结果表明,经过半导体激光处理后的表面区域晶粒结构明显细化,硬化层硬度HV0/20可以达到800~900,比基体硬度提高3~4倍,沿半导体激光器光斑的不同轴向扫描对硬化层有很大影响,沿慢轴方向扫描得到的硬化层深度要远高于快轴方向的硬化层深度,硬度沿深度方向在过渡区附近迅速下降至基体硬度。实验表明,慢轴方向的相变硬化效率约为快轴方向的4倍。     

球墨铸铁的激光相变硬化

通过ＱＴ６０－２激光表面强化的试验，分析的激光硬化层组织、激光硬化工艺参数对硬化层深度和表面硬度的影响及以及将该技术用活塞环槽侧面进行强化的可行性 。     

沈阳铁路局科学技术研究所

移动式焊接接头轨面硬化技术及设备 主要完成单位：沈阳铁路局科学技术研究所 钢轨焊接接头性能及质量的优劣直接关系到铁路运输的效率和安全。全长淬火钢轨在经现场焊接（移动式闪光焊、气压焊）后，钢轨焊接接头部位原有的硬化层消失．原有的强度和韧性降低．焊缝和热影响区原有的硬度指标也有较大程度的减少，形成硬度低落区。焊头轨面硬度下降会造成钢轨低接头，轨顶低陷日趋严重，将加大车轮和钢轨间的冲击力，从而缩短了钢轨的使用寿命。     

铁路道岔钢轨激光纳米表面强化技术的研究

针对铁路道岔的伤损情况,分析道岔钢轨伤损失效原因。研究钢轨表面强化处理技术,研制个性化纳米级材料,采用激光对钢轨表面进行强化,实现了道岔钢轨使用寿命、表面硬度及耐磨性的提高,该技术适用于各类轨件,可为重载线路道岔钢轨寿命延长提供新手段。     

朔黄铁路曲线下股热处理钢轨剥离伤损成因分析

对朔黄铁路的5段75 kg·m^-1的U75V钢轨性能进行检验,分析伤损钢轨裂纹附近的性能。分析表明：U75V热轧钢轨母材的组织和硬度均合格,但U75V热处理钢轨的淬火层深度及横断面硬度均未满足TB/T 2635—2004的要求;显微硬度数据显示,在钢轨横断面存在较薄的硬化层;曲线下股钢轨踏面中心裂纹的深度在1.3 mm左右,并呈现不同程度的剥离掉块,与钢轨硬度分布特征有关;裂纹萌生于钢轨轨头表面塑性流变层内,裂纹起始的发展与列车运行方向成一定的锐角,出流变层后基本以垂直方向朝轨头内部扩展,到一定程度后,裂纹呈鱼钩状,以大致与列车运行的相反方向朝轨顶面扩展,最终导致剥离掉块。建议使用符合标准的热处理钢轨;对曲线钢轨及时进行大机打磨;采取措施,降低纵横向蠕滑力。     

U71Mn钢轨表面激光熔覆Fe基合金组织与性能研究

研究目的:随着列车运行速度的大幅提高,对钢轨的耐磨性能及滚动接触疲劳性能提出了更高的要求.为提高钢轨的耐用性,本文利用激光宽带熔覆技术对U71Mn钢轨表面进行强化,采用同步送粉方式进行自熔性Fe基粉末的激光熔覆,目的是获得厚度1 mm左右无裂纹、气孔等缺陷,且与钢轨冶金结合的高性能激光熔覆层.研究结论:通过测试分析和试验结果表明,在CO2激光功率4 200 W、扫描速度为300 mm/min、送粉速率18 g/min等工艺条件下,可获得厚度1 mm的优质涂层,其显微硬度平均值可达HV780,高于熔合区及基体的硬度,在过渡区处存在硬度拐点,但经静载抗压实验看出,涂层在453 kN静载荷下无开裂现象.激光熔覆涂层的组织主要由γ-Fe、Cr0.19Fe0.7Ni0.11、NiCrFe、FeCr等物相组成,但是在熔合区靠近基体处有马氏体组织形成,是由于激光快速加热及快速冷却造成的.     

超声冲击对钢轨钢组织与性能的影响

利用HU-Ⅱ型超声冲击机对U70钢轨的表面进行超声冲击处理.在超声冲击机输出能量一定的前提条件下,采用6360LA型扫描电镜观察分析不同超声冲击时间下钢轨表面组织的变化,研究经过超声冲击处理后钢轨表面硬度和耐磨性的变化.实验结果表明,超声冲击对钢轨表面能够起到明显的强化作用,钢轨表面的硬度和耐磨性显著提高,而且随着超声冲击时间的延长,钢轨表面的硬度和耐磨性越来越好.与未经超声冲击处理的钢轨试样相比,在超声冲击时间分别为3,6,15和30 min的实验条件下,U70钢轨的表面硬度分别提高了23.6%,32.9%,43.1%和48.1%;耐磨性分别提高了30.6%,32.7%,42.9%和57.1%.     

机车柴油机凸轮轴表面激光强化工艺研究

对机车柴油机凸轮轴的表面激光强化工艺进行了研究,总结出从激光数控装置、工件材料、工件表面状态、激光扫描轨迹等方面入手来提高激光表面强化效果的经验。并经台架试验证明,只需用1.5 kW中小型CO_2激光加工机,就能在球墨铸铁材料凸轮轴上,使其激光表面的硬化层深度达到1.18 mm、硬度达HRC58-62以上,消除了过去使用20Cr等金属钢凸轮轴时经常出现的早期蚀点、划伤等现象。     

重载铁路60kg·m~(-1)贝氏体钢轨试验及应用

为开发适应重载铁路发展和应用的高强高韧高耐磨钢轨,在对60 kg·m~(-1)贝氏体钢轨进行试制的基础上,利用蔡司倒置式光学显微镜、透射电镜及静态液压万能试验机,对钢轨母材和焊接接头的组织性能进行检验,并对钢轨和道岔辙叉翼轨、尖轨进行试铺,系统分析强韧和耐磨性能。结果表明:60 kg·m~(-1)贝氏体钢轨的母材组织均匀,基体为无碳化物贝氏体,存在少量稳定残余奥氏体和M/A组织,硬度较高,耐磨性良好,具有良好的强韧性匹配;焊接接头组织均匀,性能良好;铺设在重载线路曲线段的贝氏体钢轨服役时间达48个月、通过总重近6亿吨时,其使用寿命比珠光体钢轨提高1倍以上,道岔辙叉翼轨和尖轨的使用寿命比U75V钢轨提高3～4倍,且均未出现重伤问题,贝氏体钢轨还具有较强的抗剥离掉块能力。     

基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究

基于Archard磨耗模型并结合有限元静动力分析方法,对重载铁路合金钢心轨组合辙叉道岔岔区钢轨垂直磨耗特性进行了研究,给出了一种研究钢轨磨耗的新方法。研究结果表明:受不同断面轮轨接触特性及轮轨力差异的影响,岔区各断面轮轨接触斑内磨耗量的大小及分布存在差异;辙叉轮载过渡区翼轨磨耗严重的机理是轮轨法向接触应力大于翼轨材料硬度的0.8倍导致了磨耗系数的突变,建议将此区域翼轨镶嵌合金钢材料或采用深度爆炸硬化技术处理;轮轨接触应力随行车速度的增加有所增加,随列车轴重的增加而大幅增加,建议有条件的情况下降低C80,C70列车的侧向过岔速度,以减缓道岔的磨耗速率。     

控制轴类零件渗碳淬火硬化层深度

在渗碳零件的技术要求中,对渗碳淬火后的硬化层深度一般只有α1～α2的渗碳淬火硬化层深度和淬火后表面硬度的最终技术要求.然而许多产品在渗碳淬火后还需进行磨削精加工,因此零件在进入渗碳工序之前都留有一定的磨削加工预留量δ(单边留量).这就要求零件在进行渗碳淬火时其硬化层深度必须大于技术要求中的硬化层深度,才能保证零件磨削加工后的硬化层深度符合技术要求.     

机车柴油机气缸套YAG激光表面强化处理的研究

在由ＹＡＧ激光强化机车气缸套表面的试验研究中，理论计算的硬化带尺寸与试验结果一致，采用此方法确定工艺参数，可有效减少试验工作量。磨损试验结果表明，强化后的缸套材料，可以有效提高其耐磨性和配副性，为机车气缸套表面激光强化处理的经济实用性提供了依据。     

美国铁路激光熔凝钢轨的在线试验

研究目的:我国重载货运线路年运量目前已接近5亿吨,利用激光表面工程技术来改善轮轨关系,延长钢轨大修周期,已成为一个迫切的任务.当今我国该领域在实验室和现场研究应用较多的是激光相变硬化技术、激光熔覆技术,轮轨表面激光熔凝技术的研究应用在国内还鲜有资料.本文详细介绍美国联邦铁路局研究发展处2007年5月公布的激光熔凝钢轨的环线铁路试验及事后分析研究报告,以供给国内研究者参考和借鉴.研究结论:(1)激光熔凝钢轨失效的原因是源于激光加工引起的裂纹在疲劳条件下的不断扩展;(2)激光重熔搭接带是残余应力促进裂纹形成和传播最敏感的区域;(3)激光熔凝钢轨上道前一定要进行完整的金相评价以决定它们的完整性.     

K1000型钢轨焊机推瘤刀激光熔覆修复研究

为修复已磨损的推瘤刀,利用正交实验,确定出熔覆试验最优激光功率、离焦量和扫描速度分别为1.6kW,20 mm和4mm·s-1;据此进行相关的激光熔覆修复实验.熔覆材料以Ni60自熔性合金粉末为主,随着碳化钨(WC)粉末质量分数的增大,熔覆层的平均显微硬度和相对耐磨性先增大后减小,当WC粉末的质量分数为25％时,熔覆层的平均显微硬度和相对耐磨性分别达到最大值648.7 HV和3.49;在Ni60自熔性合金粉末和WC粉末的混合物中加入稀土CeO2粉末后,熔覆层深度小于1.0mm部分的显微硬度明显提高,超过700HV,能够满足推瘤刀刃口处硬度为56HRC的要求;稀土CeO2粉末的添加量对熔覆层显微硬度的影响不大;当WC粉末和稀土CeO2粉末的质量分数分别为25％和1.5％时,熔覆层的磨损失重仅为3.4 mg.     

60D40钢轨轨头顶面1mm范围性能研究

通过对基材及感应热处理后的60D40钢轨轨顶面表面布氏硬度、脱碳层深度、金相组织等项目试验检测,对比实验室布氏硬度计与便携式里氏硬度计测试的钢轨轨顶面表面布氏硬度值。从硬度计的检测原理、实际使用条件及金相组织着手分析布氏硬度值差异。试验结果表明,感应热处理表面硬度试样轨顶面磨削0.1 mm后便携式硬度计测得值比实验室台式布氏硬度计少21 HBW,轨顶面磨削0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm与1 mm台式硬度计测得值高于便携式硬度计10 HBW;轨头不同磨削量纵向金相组织与横断面脱碳层深度存在差异。     

60N U71MnG钢轨轨头裂纹成因分析

对线路探伤检查发现的60N U71MnG重伤钢轨进行磁粉检测复核，在钢轨轨头工作边侧表面发现了裂纹。为查明裂纹产生的原因，人工压断裂纹钢轨并取样，对裂纹处断口进行宏观形貌观察、扫描电镜观察及能谱分析，以获得裂纹断口的形貌特征和伤损特点；对试样进行显微组织观察和维氏硬度检验，以分析裂纹的成因和机理，并在考虑温度拉应力和列车动弯应力作用下，对钢轨受力及裂纹萌生机理进行仿真分析。结果表明：钢轨轨头工作边侧表面裂纹为冷态下形成的外伤，裂纹及其附近部位曾受到过剧烈摩擦产生高温并发生相变产生了马氏体组织；当轨温为-33℃时，在温度拉应力和列车产生的动弯应力的共同作用下，白层马氏体表面中心偏下位置的拉应力为417.6 MPa，裂纹易从钢轨表面中心萌生，其尖端应力强度因子KI为28.9 MPa·mm1/2，高于钢轨断裂韧性KIC的最小单值，因此钢轨在经历很短的循环载荷周次后便从白层马氏体处发生裂纹失稳扩展。     

表面强化处理工艺对20CrMnTi钢性能的影响

采用渗碳、多元共渗、多元共渗+表面淬火等技术对20CrMnTi材料进行了表面强化处理,研究了不同工艺处理后样品表面的微观形貌、硬度、耐磨性及抗蚀性,结果表明:经过多元共渗+表面淬火复合处理的样品表面具有硬度高、耐磨性及抗蚀性好等优点.     

轮轨关系中的硬度匹配研究

为提高轮轨综合使用寿命,研究轮轨的合理硬度匹配。针对国内外普遍使用的轮轨材料,归纳分析轮轨硬度匹配的典型的实验室研究结果、轮轨硬度匹配的现状和存在的问题,并结合国内轮轨使用情况,阐述轮轨硬度、加工硬化对轮轨使用寿命的影响以及轮轨材料的最新发展,初步提出不同运输条件下轮轨硬度匹配的建议。重载铁路:在半径>1 200 m的曲线以及直线段上铺设轨面硬度>280 HB的轧态钢轨;在半径为1200 m以下的曲线段上铺设使用H370热处理钢轨;应积极研发使用轨面硬度>370 HB的钢轨、以及轮辋表面硬度>320 HB的重载铁路用车轮。客运专线铁路:铺设轨面硬度>260 HB的轧态钢轨,采用轮辋表面硬度>260 HB的ER8等级的或轮辋表面硬度>248HB的ER7等级的车轮。对引进的时速200 km及以上动车组在我国的使用情况进行跟踪研究,以进一步研究轮轨关系中硬度的合理匹配问题。     

表面选区强化对钢轨波磨处轮轨滚动接触行为的影响

层流等离子体表面强化技术可大幅提高钢轨表面的硬度和耐磨性。为了揭示强化处理对轮轨滚动接触行为的影响,建立同时考虑钢轨表面选区强化和短波波磨的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,数值计算了车轮高速滚过一个波磨周期的轮轨力、接触斑黏滑分布和残余应力应变。对比发现:表面选区强化对轮轨力和接触斑黏滑分布的影响较小,不影响钢轨承载性能;对钢轨表面残余应力应变分布的影响明显,残余应力主要集中在屈服强度较高的强化斑内而残余应变主要集中在韧性较好的基体材料上,表面选区强化有效结合了强化斑和基体材料的力学性能,形成了一种强韧的良好匹配。结果可为现场生产服务提供一定的理论指导和应用参考。     

有轨电车线路扣件埋入式轨道衔接路面受力仿真分析

目前在已经开通运营的有轨电车扣件埋入式轨道线路道口段,轨旁沥青路面经过车辆反复碾压破坏较为严重.通过有限元软件ABAQUS构建轨道-路面衔接部分的有限元模型,研究社会车辆荷载作用下轨旁沥青路面响应特性,并对扣件罩和轨腰护块进行设计优化.根据仿真计算结果可知:最不利工况下,沥青层最大变形出现在沥青上面层,为0.423 4...