钢轨内残余应力的产生及其危害

从钢轨的生产工艺和使用情况人手，分析了钢轨内部残余应力的产生原因、分布状态。结果表明：钢轨在生产和使用过程中均可以产生残余应力；钢轨内部存在大且不合理的残余应力(轨头、轨底拉应力，轨腰压应力)，将会影响钢轨的使用和落锤性能，严重时会造成线路钢轨的突发性断裂或落锤试验不合格。     

重轨矫直速度对矫后残余应力的影响分析

针对矫直速度对重轨矫后残余应力的影响进行研究,利用Pro/E建立60kg·m-1重轨九辊水平矫直模型,采用ANSYS Workbench对重轨矫直过程进行有限元数值模拟,通过现场矫直规程对采用现场矫直速度以及假定矫直速度得到的重轨矫后残余应力进行分析比较,得出了在其余条件不变的情况下重轨的矫直速度在1.4~1.6m·s-1的范围内其轨底矫后纵向残余拉应力小于250MPa,且残余应力分布合理,满足矫直要求,相比于现场采用的1.2m·s-1的矫直速度其生产效率最大能够提高16.7%~33.3%。     

客运专线道岔尖轨轨底残余应力测试

众所周知,型钢或零件中存在残余拉应力时,会降低构件的疲劳强度。钢轨轧制过程中,尤其是轧制后的变形采用辊矫后,轨底普遍存在残余拉应力[1-3]。这种拉应力与车轮动载荷相叠加,容易在轨底的缺陷处诱发疲劳裂纹,最终使重轨产生早期疲劳断裂失     

U75V钢轨轧后冷却过程弯曲变形演变规律的模拟

利用DEFORM软件定量描述了U75V钢轨轧后不同冷却过程中的弯曲变形的演变规律。结果表明：钢轨冷却过程中弯曲变形不仅受热应力和相变应力作用;而且还受钢轨的不同部位冷速不同、相变进行的程度不同的影响。钢轨空冷过程最终弯曲挠度为0.0913 mm,换算成百米重轨为1.01 m,弯向轨头方向;而以轨头15 ℃/s,轨底6 ℃/s冷速水冷方式冷却时,钢轨最终弯曲挠度为0.044 mm,换算成百米重轨为0.441 m,弯向轨底方向。可见通过控制钢轨不同部位冷速,可使其弯曲变形程度较空冷的小。     

YFZ-50型液压方枕器勾轨装置主要技术参数的设计计算

YFZ-50型液压方枕器是广泛适用于木枕和混凝土轨枕的方正作业的小型机具.独创的勾轨装置设计有三种宽度尺寸,以适应对43kg/m、50kg/m及60kg/m钢轨线路轨枕的方正,它能迅速自锁于钢轨底部面而不影响相邻轨枕.同时,锁紧时不打滑,不损伤轨底.     

考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析

目的 研究塑性条件下受重复轮轨荷载的钢轨表面的初始疲劳裂纹行为。方法 建立含表面微裂纹的钢轨二维有限元模型,通过耦合裂纹面对应节点达到无裂纹的效果。经过几次循环加载后取消节点耦合设置,达到出现裂纹的效果。分析随着轮轨循环加载钢轨的响应,计算残余应力强度因子,并利用渐进状态（随着循环次数的增加,裂纹尖端区新产生的塑性越来越小,裂尖小范围内塑性不再增加）下的应力强度因子计算初始疲劳裂纹扩展速率。结果 有限元模拟中,轮轨荷载循环加载在钢轨上表面,使其产生拉伸残余应力,且随着深度增加,拉伸残余应力越来越小。裂纹萌生后,不同角度的裂纹残余（KI）都随循环次数的增加而减小,但残余（KII）都随循环次数的增加而增大。受残余应力的影响,渐进状态下的钢轨表面初始微裂纹应力强度因子随裂纹角度（θ）的增加而增加。结论 钢轨表面的残余应力加快了初始微裂纹的扩展速率,降低了钢轨的使用寿命。     

75kg/m U78CrV热轧钢轨与热处理钢轨气压焊质量研究

在大秦、朔黄等重载铁路上,由于不同区段线路换铺维修时的耐磨性要求,采用的75kg/m U78CrV钢轨有热轧、热处理两种类型。针对热轧态与热处理态钢轨混合焊接的难度大,采用GPW-1200(75)气压焊轨机按照75kg/m U78CrV轨成套焊轨工艺开展了焊接和正火试验。经各项性能检测结果表明,在该工艺参数下热轧钢轨和热处理钢轨混合焊接接头满足TB/T1632《钢轨焊接》标准要求。     

残余应力对钢轨焊接接头落锤试验性能的影响

对钢轨窄间隙电弧焊接头热处理前后的残余应力分布进行了测量和比较,结合落锤试验结果和断口形貌,分析了焊接残余应力对钢轨接头落锤试验性能的影响.结果表明,热处理前,钢轨接头的轨腰和轨颚部位存在较大残余拉应力,在落锤冲击载荷作用下容易形成裂纹源,并沿轨腰向母材延伸、扩展、断裂;热处理后,钢轨接头的残余应力最大值下降1/2~2/3,抗冲击载荷能力显著提高,落锤试验时的钢轨接头沿焊缝中心或热影响区垂直断裂.钢轨接头存在较大残余应力时,在落锤冲击载荷作用下,容易在残余应力较大的部位产生裂纹,并加速扩展和断裂.     

钢轨砂带打磨残余应力的试验与仿真研究

为直观了解钢轨砂带打磨后钢轨表面的残余应力状态，在磨削试验台上开展磨削工艺参数对残余应力影响的试验研究，采用便携式残余应力仪测量磨后轨面中线轨向残余应力。结果表明:打磨后轨面在磨削方向产生了拉伸残余应力，大小在100～300 MPa；而径向残余应力则主要以压应力形式存在，大小在0～-250 MPa。为研究残余应力形成过程中影响因素的作用机理，进行基于热力耦合的单磨粒划擦三维有限元仿真分析，揭示摩擦系数、切入深度和切削速度对钢轨表层残余应力分布的影响规律并分析其机理成因。最后，根据试验和仿真结果建议打磨列车的末端打磨单元采用开式打磨，砂带要求磨粒粒度小、自锐性强，磨削工艺优选低压、低速，并增设水介质冷却与润滑。      

包钢轧制成功UIC54kg/m钢轨

包头钢铁集团公司于 2 0 0 0年 4月 2 6日试轧成功ＵＩＣ54ｋｇ/ｍ钢轨。这种轨型是欧洲铁路联盟轨型 ,在世界上广泛应用。这次生产的钢轨是在国际招标中中标的 ,主要出口印度尼西亚。包钢钢轨又增加了一个新品种 ,成为一个新的出口增长点。包钢轧制成功UIC54kg/m钢轨@于俊     

铁路钢轨与辙叉焊接工艺

高碳钢钢轨与高锰钢辙叉的焊接 ,属于异种金属材料的焊接 ,由于二者材料本身的焊接性都较差 ,而且所要求的焊接工艺差异甚大 ,所以给焊接带来很大的难度。本文采用手工电弧焊的方法 ,采用增加过渡层、U形坡口对称焊的方式 ,钢轨侧过渡层金属为Ni-Cr-Mo系材料 ,辙叉侧过渡层与焊缝金属为Mn -Cr -Ni系材料。首先堆焊过渡层 ,而后再将带有过渡层金属的钢轨和辙叉焊接在一起。另外采取了某些特殊焊接工艺措施 ,在高锰钢焊后无碳化物析出方面取得了突破性的进展 ,同时解决了高锰钢焊接时变形及焊接残余应力大的问题 ,成功地进行了钢轨与辙叉标准试件的焊接 ,经检验考核达到或超过了相关标准的技术要求     

U71MnSiCu重型钢轨的热处理工艺研究

通过采用金相组织分析和硬度检测等方法对U71MnSiCu钢的热处理工艺参数进行研究。根据试验结果制定了U71MnSiCu钢轨的热处理工艺并用于生产实践中。最终18件钢轨均获得较高硬度值,一次性合格率100％。     

三种高钢级油井管温矫温度特性的研究

对三种高钢级油井管（C90、G105、P110）的应力松弛特性进行了研究,并测量了这些材料制造的无缝钢管经不同温度温矫后残余应力的变化。结果表明,钢材的化学成分对其应力松弛特性有明显的影响,含碳量低及合金元素铬、钼高的C90钢中的残余应力不易消除,而P110的应力稳定性最低。所以在制订钢管的温矫工艺时,材料的化学成分是不容忽视的因素。     

铁路钢轨与辙叉焊接工艺

高碳钢钢轨与高锰钢辙叉的焊接,于异种金属材料的焊接,由于二者材料本身的焊接性都较差,而且所要求的焊接工艺差异甚大时接琏来很大的难度。本文静要用手工电弧焊的方法,采用增加过渡层、Ｕ形坡口对称焊的方式,钢轨侧过渡层金属为Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系材料,辙叉侧过渡层与焊缝金属为Ｍｎ－Ｃｒ－Ｎｉ系材料。首先堆焊过渡层,而后再将带有过渡层金属的钢轨和辙叉焊接在一起。另外采取了某些特殊焊接工艺措施,在高锰钢焊后无经物     

高速及重载道岔在线热处理钢轨压型跟端的感应热处理

为使高速及重载道岔AT钢尖轨跟端锻造热处理后组织与性能满足最新标准和线路使用要求,采用自主研发钢轨全断面感应加热+喷风冷却生产线,对高速及重载道岔60AT2-U71MnG及60AT1-U75V在线热处理钢轨压型跟端进行了热处理工艺试验,观察了硬化层的显微组织,检测了钢轨化学成分、硬化层深度、表面硬度、断面硬度、抗拉强度、伸长率及疲劳性能。结果表明,60AT2-60 kg/m(U71MnG材质)及60AT1-60 kg/m(U75V材质)在线热处理钢轨压型跟端经热处理后,钢轨轨头中心踏面硬化层深度不小于30 mm,显微组织为索氏体,表面硬度不小于320 HBW,抗拉强度不小于1200 MPa,伸长率不小于11%,表面硬度变化范围小于30 HBW,热影响软化区小于40 mm,弯曲疲劳强度达到200万次不断,各项技术指标均满足相关要求,可满足线路使用需求。     

矫直压力对钢轨矫直参数影响的有限元分析

本文在现有压力矫直理论的基础上,应用ANSYS软件针对钢轨端部弯曲的压力矫直建立了弹塑性分析模型,研究了矫直压力与残余应力、残余变形和压下量的变形规律。通过对比验证了该有限元模型的正确性,对于现场生产和相应自动矫直设备的开发具有指导意义。     

Modifying residual stress levels in rail flash-butt welds using localised rapid post-weld heat treatment and accelerated cooling

Abstract

Flash-butt welding is used in the manufacture of continuously-welded rails. Finished welds typically exhibit high tensile residual stresses in the rail web and at the upper surface of the rail foot, which may increase the risk of fatigue failure in service. An understanding of the influence of the welding process, including post-weld cooling, on the residual stress distribution is necessary to improve the performance of flash-butt welds by post-weld heat treatment (PWHT), since incorrect treatment may have adverse effects on both residual stress and weld material characteristics. A finite element model has been developed to simulate post-weld cooling in flash-butt welded AS60 kg m^–1 rail. Computed thermal histories for normal (air) cooling, rapid PWHT, and accelerated cooling (water spray) were used as inputs to calculate sequentially coupled stress–time histories, including phase transformations. In addition, the localised influence of the initiation time for rapid PWHT, after final upset, on the reduction of tensile residual stresses was investigated. Heating the rail foot immediately after final upset reduced tensile residual stresses in the web region of the weld. Preliminary numerical predictions showed that water quenching the entire weld region too soon after the austenite–pearlite transformation is completed can induce further tensile residual stresses without affecting the microstructure. The results of the numerical analysis can be used to modify the flash-butt welding procedure to lower residual stress levels, and hence improve weld performance.     

辊式水平矫直60kg/m重轨断面应力应变分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟八辊复合矫直机水平矫直60kg/m重轨过程。重轨矫直过程中,纵向应力在轨头处最大,轨底处次之,轨腰中性轴处最小。轨头、轨底和轨腰处单元高度方向应力的变化规律与纵向应力一致。轨头和轨底高度方向应力不仅表现为压应力,还表现为拉应力;轨腰高度方向压应力最大,但没有达到屈服应力值。轨头和轨底处单元等效塑性应变均很小,其值分别为0.0548和0.0296;轨腰中性轴处单元等效塑性应变值为零。     

地铁大坡度道岔制动工况下钢轨表面接触应力变化规律研究

目的 通过分析不同坡度条件下道岔钢轨在列车下坡制动作用时的力学行为,探讨了坡度对钢轨表面接触应力指标的影响情况,为铁路线路设计人员对线路坡度进行决策时提供参考.方法 针对地铁单开道岔尖轨跟端60AT轨,运用有限元方法对其进行数值模拟,建立地铁车轴与60AT轨的精细化模型,分析了制动力作用下不同坡度时钢轨表面各项应力指标,并进行了对比.结果 坡度从0％变化至3.0％时,钢轨大部分应力指标变化不大,变化幅度较大的钢轨表面纵向切应力与钢轨表面摩擦力,其变化量分别为8.40％和3.18％,均不超过10％.结论 从钢轨受力分析的层面上讲,坡度并不是控制钢轨伤损的决定性因素,为防止列车制动时钢轨表面局部应力过大,建议对该区段钢轨表面进行全长淬火处理,以提高钢轨的屈服强度.