PD3与U71Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究

针对广深线铺设使用中已出现斜线状裂纹的PD3和U71Mn两种钢轨试样进行了成分、机械性能与微观形貌分析。结果表明：PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨的强度性能;U71Mn钢轨裂纹扩展角度比PD3钢轨的裂纹扩展角度要小;U71Mn钢轨在疲劳裂纹扩展中以沿晶和穿晶混合型扩展为主;而PD3钢轨试样的疲劳裂纹扩展主要以穿晶为主,裂纹更容易扩展,扩展速率更大。综合分析表明,U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

PD3与U71Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究

针对广深线铺设使用中已出现斜线状裂纹的PD3和U71Mn两种钢轨试样进行了成分、机械性能与微观形貌分析。结果表明：PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨的强度性能;U71Mn钢轨裂纹扩展角度比PD3钢轨的裂纹扩展角度要小;U71Mn钢轨在疲劳裂纹扩展中以沿晶和穿晶混合型扩展为主;而PD3钢轨试样的疲劳裂纹扩展主要以穿晶为主,裂纹更容易扩展,扩展速率更大。综合分析表明,U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

钢轨材料对滚动接触疲劳影响及高速铁路选轨研究

使用JD-1型轮轨模拟试验机针对淬火和热轧的PD3和U71Mn四种钢轨试样进行模拟试验,采用赫兹接触理论在实验室条件下模拟轮轨试样间的摩擦相互作用过程与现场中的相似.利用机械式光电分析天平通过称重法测量钢轨试样的磨损量,使用光学显微和扫描电子显微镜对钢轨滚轮试样进行微观分析,对高速铁路的钢轨选择提供依据.结果表明,材料硬度越高,磨损量越小,磨损面附近塑性变形层越薄,抗磨损性能越好,但高硬度材料裂纹扩展较深,疲劳损伤严重.硬度略低的材料,磨损量大,磨损面附近塑性变形明显,但由于部分刚萌生的微裂纹被磨去,疲劳损伤较为轻微.高速钢轨损伤主要以疲劳为主,U71Mn热轧钢轨有较好的抗疲劳性能,更适合于高速铁路铺设使用.     

U76NbRE钢轨钢疲劳裂纹扩展速率的试验分析

应用MTS试验机进行U76NbRE钢轨钢裂纹扩展速率试验,利用静态模型和Paris公式分析U76NbRE钢轨钢裂纹扩展速率试验数据.结果表明,可以利用静态模型获得的疲劳裂纹扩展速率公式计算指定应力强度因子幅下的裂纹扩展速率.     

广深线PD3与U71Mn钢轨斜裂纹形成特性分析

随着高速铁路的发展,钢轨斜裂纹已成为危及铁路运输安全的重要因素之一。观察发现广深线准高速铁路上的钢轨斜裂纹沿钢轨作用边,呈45°角,其扩展可导致钢轨发生横向断裂。针对广深线铺设的PD3与U71Mn2种已出现斜裂纹的钢轨试样进行了成分、机械性能和硬度分析。结果表明:由于轮轨间摩擦力的反复作用,导致疲劳微裂纹的萌生与扩展,裂纹在钢轨表面与行车方向成一定夹角,沿着钢轨塑性流变方向在钢轨内部朝斜向下的方向扩展;PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨,但U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

不同加载速率下PD3钢轨疲劳裂纹扩展行为研究

为研究弯矩作用下PD3钢轨的疲劳特性,在NENE-2型微动实验机上,对不同加载速率下的PD3钢轨进行了疲劳裂纹扩展性能实验研究.结果表明:PD3钢轨在弯矩作用下,随着载荷加载速率的增加,疲劳裂纹长度呈先增加,再减少的趋势.这说明该材料动态条件下断裂韧性与加载速率有较强的相关性.此时,疲劳裂纹由位错的移动速度和促进位错运动的热能共同作用与控制,当二者达到平衡时,疲劳裂纹最容易萌生与扩展.     

高速铁路钢轨剩余疲劳寿命预测研究

利用断裂力学理论建立高速铁路钢轨剩余寿命的预测模型;首先对特定线路上钢轨的动载弯曲应力、温度应力、残余应力进行计算,然后利用预测模型估算高速钢轨的疲劳剩余寿命,分析钢轨材料、列车速度系数、钢轨基础弹性系数对钢轨剩余寿命的影响。结果表明:相同营运条件下,U71Mn钢轨剩余寿命比PD3钢轨长;钢轨剩余寿命随列车速度系数的增加而降低,随钢轨基础弹性系数的增长而延长。     

高速重载线路钢轨损伤特性分析

结合广深线钢轨斜线状裂纹损伤特性分析,对比分析了高速与重载线路钢轨的损伤差异。结果表明:重载线路钢轨主要以磨损和塑性变形为主,而高速线路钢轨主要表现为疲劳损伤,无明显的塑性变形发生;U71Mn钢轨的含碳量低,具有较好的韧性,相比PD3钢轨,U71Mn更适于铺设于高速轻载线路。     

16Mn钢短裂纹疲劳扩展性能的试验研究

通过对带有表面盲孔的16Mn钢圆棒试样的疲劳试验,获得了试样盲孔边缘疲劳短裂纹的扩展规律。文中给出了有关试验结果,藉此建立了短裂纹表面长度与疲劳循环数间的关系以及裂纹扩展速率与疲劳载荷和裂纹尺寸之间的定理描述式。本文结果有助于加深对16Mn钢试样疲劳损伤过程的认识。     

PD3与U71Mn钢轨材料微观与宏观磨损性能分析

采用纳米压痕划痕仪与AFM,研究PD3与U71Mn钢轨微观力学性能与摩擦磨损特性,通过拉伸实验和JD-1轮轨模拟试验机研究2种钢轨的宏观力学特性与摩擦磨损性能。结果表明:2种材料力学性能在微观和宏观表现一致,即PD3钢轨硬度较大、抗压能力强,具有良好的抗磨损能力;U71Mn钢轨塑性高、韧性大,具有良好的抵抗疲劳的能力。微观实验结果显示,2种钢轨在载荷不大时都以磨粒磨损为主,随载荷增大,交变应力作用增强,受疲劳影响PD3钢轨划痕两侧出现沟纹;U71Mn划痕损伤在犁沟摩擦力作用下,产生塑性变形。微观与宏观实验结果具有一致性,对2种钢轨磨损特性的测量误差在5%之内,因此在一定程度上可以用微观实验来代替宏观实验研究钢轨材料的摩擦磨损特性。     

不同应力比下U75V轨道钢疲劳裂纹扩展行为研究

对高速铁路常用轨道钢U75V进行了不同应力比下的疲劳裂纹扩展门槛值测试和疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明,应力比对U75V轨道钢的裂纹扩展行为有着显著影响。利用分级降载法测得的疲劳裂纹扩展门槛值随应力比的增大而减小,裂纹扩展速率随应力比的增大而增大。对裂纹断口微观形貌进行了细致观察分析,发现整个疲劳断口分布有凸条纹棱线。疲劳门槛值附近出现沿晶体学平面的穿晶小刻面;低扩展速率区凸条纹棱线平行排列,棱线方向与珠光体片层方向一致;高扩展速率区的棱线出现弯曲及碎裂,同时伴有解理断面及二次裂纹。     

U71Mn钢轨气压焊接头的损伤行为

采用硬度计、轮廓仪、光学显微镜、扫描电子显微镜等对服役后的U71Mn钢轨气压焊接头的硬度、裂纹形貌及显微组织进行测试与观察,分析接头不同区域的损伤行为。结果表明:焊接接头两侧距接头中心30~50 mm处存在低凹区域,其位置与软化区位置吻合;轮轨接触使接头硬度提高,但是软化区的硬度始终低于母材;根据珠光体形态,接头从中心向两侧热影响区可依次分为层片状珠光体区域、部分珠光体球化区Ⅰ、珠光体球化区、部分珠光体球化区Ⅱ;软化区位于珠光体球化区;珠光体球化区与部分珠光体球化区的裂纹深度和裂纹尖端扩展角都较大,这是由于粒状珠光体对裂纹扩展的阻力较小导致的。     

钢轨踏面斜裂纹模拟再现试验研究

根据钢轨踏面斜裂纹的损伤特点和轮轨力与斜裂纹关系分析设计试验方案,在西南交通大学JD-1轮轨模拟试验机上,对广深高速铁路铺设的PD3热轧钢轨材料进行了斜裂纹损伤再现试验。试验结果表明,轮轨接触方式是钢轨斜裂纹产生和扩展的重要影响因素;轴重增加会增大轮轨接触应力,增加磨损量,加速接触疲劳现象的产生。     

借助梯度涂层进行ZGMn13钢与U71Mn钢的焊接性研究

介绍了在ZGMn13钢和U71Mn钢表面进行等离子弧堆焊获得梯度过渡层后,利用闪光焊方法将两者对焊。ZGMn13钢热影响区碳化物的析出和热裂纹的形成受到抑制,U71Mn钢热影响区内无马氏体出现,焊接接头的各项力学性能优异。表明,利用等离子弧堆焊结合闪光对焊工艺方法是实现ZGMn13钢辙叉和U71Mn钢钢轨焊接的有效方法。     

弯矩作用下钢轨滚动疲劳裂纹扩展行为研究

在JD-1轮轨模拟试验机上,通过设计模拟小轮的结构,对钢轨试样在弯矩作用下的裂纹扩展行为进行研究.试验结果表明:裂纹一般在应力集中处萌生,当裂纹扩展到一定程度后容易产生变向甚至分叉;在其他参数相同的情况下,预制裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展有较大影响,预制裂纹较宽时裂纹扩展速率明显加快.