典型生产工艺对无碳化物贝氏体钢轨组织与性能的影响

基于矫直、回火和在线热处理3种典型钢轨生产工艺,采用不同工艺组合工业试制5种无碳化物贝氏体钢轨;基于扫描电子显微镜、透射电子显微镜、背散射电子衍射法和X射线衍射法,分析无碳化物贝氏体钢轨的微观组织;采用布氏硬度、单轴拉伸、锯切应变片法、冲击韧性、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速度测试等试验,研究典型生产工艺对无碳化物贝氏体钢轨组织和力学性能的影响。结果表明:矫直使无碳化物贝氏体钢轨中的残余奥氏体体积分数自12.44%降至10.6%,有利于促进亚稳态残余奥氏体的转变;回火稳定残余奥氏体,提升冲击韧性20%以上;在线热处理降低残余奥氏体体积分数,提高屈服强度19%以上,尤其能提高抗拉强度和冲击韧性,对轨底残余应力的影响不大。据此,为了综合提升无碳化物贝氏体钢轨的耐磨性和抗接触疲劳性能,在提高屈服强度和抗拉强度的同时增大残余奥氏体体积分数,以提升加工硬化能力和塑性。     

在线热处理贝氏体钢轨三维残余应力研究

采用锯切应变片法与X射线衍射法,对75 m定尺在线热处理贝氏体钢轨全断面三维残余应力进行表征,研究两种残余应力测量方法的适用范围。结果表明:通过两种方法测得的钢轨头部、中部、尾部纵向残余应力分布规律基本一致,均呈C形分布,即轨头和轨底为残余拉应力,轨腰为残余压应力;轨头轨面下30 mm深度范围内为纵向残余拉应力;内部残余应力一般低于外表面残余应力;钢轨全断面垂向、横向残余应力相对较小。建议在钢轨母材残余应力检验与评价等工程领域采用较为简便与高效的锯切应变片法,在钢轨应用技术与伤损分析等研究领域采用更具局部微小区域针对性的X射线衍射法。     

我国高速铁路钢轨隐伤形成机理及维护策略

针对我国高速铁路出现的钢轨隐伤伤损,采用现场观测与实验室试验相结合的方法,研究这种钢轨隐伤形成的机理,分析高速铁路钢轨初期、中期及后期隐伤的外观特征、裂纹形貌及微观组织特征;通过分析擦伤白层诱发隐伤和延性耗竭诱发隐伤2种伤损诱发机理,探讨应对隐伤的维护策略。结果表明：初期隐伤以V型裂纹为主,中期隐伤呈现黑斑和低塌,而后期隐伤则发展为剥离掉块或内部核伤;高速铁路钢轨由擦伤白层诱发的隐伤伤损多集中在站区和长大坡道,隐伤裂纹附近存在较浅的白层组织,厚度小于0.2 mm;由延性耗竭诱发的隐伤伤损多集中在站内和道岔区,隐伤裂纹附近未发现白层组织,轨面较大的切应力（加速区与制动区）或轨面不平顺（如周期性硌伤）均可能诱发此类隐伤。为此,应加强隐伤频发线路（站内、道岔区及长大坡道）轨顶面硬度、平直度及白层马氏体检测。