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合金含量对高速车轮材料滚动接触磨损性能的影响

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摩擦学学报 2012年第6期32卷 599-605页

作者：曾东方鲁连涛张远彬张继旺温泽峰朱旻昊西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031

将2种含碳量相同合金含量不同的高速车轮材料分别与钢轨材料匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试了各摩擦副的摩擦系数和磨损率,比较研究了组织、硬度和加工硬化等因素对车轮材料滚动接触磨损性能的影响.结果表明:在传统的高速车轮材... 详细信息

将2种含碳量相同合金含量不同的高速车轮材料分别与钢轨材料匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试了各摩擦副的摩擦系数和磨损率,比较研究了组织、硬度和加工硬化等因素对车轮材料滚动接触磨损性能的影响.结果表明:在传统的高速车轮材料中适当地增加Si、Mn的含量,降低Cr的含量可以提高车轮材料的抗磨损性能;硬度高的车轮材料未必耐磨,组织差异对车轮材料的抗磨损性能影响显著;表面裂纹易萌生于高度变形的先共析铁素体组织;加工硬化引起的硬度增加对材料的抗磨损性能影响不大.

关键词：合金含量高速车轮材料滚动接触磨损先共析铁素体加工硬化

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高速轮轨材料匹配的滚动接触磨损性能

机械工程学报 2013年第13期49卷 183-189页

作者：曾东方鲁连涛张远彬张继旺朱旻昊金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

为了研究高速铁路轮轨材料匹配对轮轨摩擦副滚动接触磨损性能的影响,将三种高速车轮材料分别与钢轨材料匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试各摩擦副磨损率,比较研究成分变化对车轮材料力学性能和轮轨摩擦副滚动接触磨损性能的影响。... 详细信息

为了研究高速铁路轮轨材料匹配对轮轨摩擦副滚动接触磨损性能的影响,将三种高速车轮材料分别与钢轨材料匹配,利用滚动接触摩擦磨损试验机测试各摩擦副磨损率,比较研究成分变化对车轮材料力学性能和轮轨摩擦副滚动接触磨损性能的影响。结果表明,在常规的高速车轮材料中增加碳的质量分数能提高材料的强度和抗磨损性能,但材料塑韧性下降;在常规的高速车轮材料中适当地调整合金成分的质量分数能更大幅度地提高材料强度和抗磨损性能,同时保持材料塑韧性基本不变。滚滑条件下,车轮材料应变硬化程度的高低不影响车轮材料的抗磨损性能,试验前车轮材料初始硬度的高低是决定其抗磨损性能的主要因素。钢轨材料的磨损率随对应车轮硬度的增加而增加,且近似呈线性关系。

关键词：轮轨材料匹配碳的质量分数合金成分质量分数力学性能滚动接触磨损

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轮轨材料滚动接触磨损性能及减磨措施研究

轮轨材料滚动接触磨损性能及减磨措施研究

作者：曾东方西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国客车高速化和货车重载化的发展,轮轨滚动接触疲劳和磨损加剧。近年来,高速铁路运营经验表明,由于车轮材料硬度偏低,车轮的磨损速率较快。因此,通过研究材料匹配对轮轨滚动接触磨损的影响,提出合理有效的轮轨减磨措施对减少轮轨... 详细信息

随着我国客车高速化和货车重载化的发展,轮轨滚动接触疲劳和磨损加剧。近年来,高速铁路运营经验表明,由于车轮材料硬度偏低,车轮的磨损速率较快。因此,通过研究材料匹配对轮轨滚动接触磨损的影响,提出合理有效的轮轨减磨措施对减少轮轨接触损伤以及提高铁路经济效益具有重要的现实意义。本课题研究的目的就是确定最佳的轮轨材料匹配关系,研究等温淬火球墨铸铁(ADI)和两种表面改性工艺应用于减少车轮材料磨损的可行性。本研究使用了三种欧系合金钢车轮材料,依次为ER7车轮材料、以ER7的材料成分为基础增加了含碳量而合金成分不变的ER8-D2车轮材料,以及以ER7的材料成分为基础保持含碳量不变而增加了合金成分的ER8-D3车轮材料。本研究使用的钢轨材料为U71Mn合金材料。研究中分析了不同深度下轮辋材料的硬度和显微组织差异,使用MMS-2A摩擦磨损试验机在冷却和非冷却条件下研究了不同轮轨试样摩擦副的滚动接触摩擦磨损性能。以ADI材料和两种表面处理试样为研究对象,通过摩擦磨损实验,研究上述试样与U71Mn钢轨试样组成的摩擦副的摩擦磨损性能。研究结论如下。高速动车组车轮材料的磨损实验结果表明,对轮轨试样摩擦副接触面进行冷却后,轮轨材料的磨损明显减轻。为了使实验条件尽可能的接近现场情况,应该对轮轨试样摩擦副进行冷却。影响轮轨材料磨损性能的主要因素是车轮材料的硬度,随着车轮材料硬度的增加,车轮材料磨损减轻,钢轨材料磨损加剧。此外,显微组织也在一定程度上影响车轮材料的抗磨损性能,粗大的铁素体组织和较高的铁素体含量均不利于车轮材料抗磨损性能的提升。冷却条件下ER8-D2的抗磨损性能最好,结合高速铁路运营经验,为了减少车轮磨损,动车组车轮应当选用ER8-D2车轮材料。与合金钢车轮材料相比,2种ADI材料的磨损性能均有大幅度的改善.硬度低、石墨球直径小且密度大的ADI材料自润滑效果好,相对应的摩擦副抗磨损性能最好;硬度高、石墨球直径大且密度小的ADI材料自润滑效果较差,相对应的摩擦副抗磨损性能居中;合金钢车轮材料不具备自润滑能力,相对应的摩擦副抗磨损性能最差。 WPC+PIP复合表面处理后的车轮试样,改性层的耐久性不足;激光毛化处理后的车轮试样抗磨损性能明显改善,但对应的钢轨试样的磨损行为急剧恶化。上述两种表面处理工艺均不适用于车轮表面的改性处理。

关键词：滚动接触磨损轮轨材料冷却 ADI 表面改性

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滚动方向改变对车轮钢摩擦磨损性能的影响

西南交通大学学报 2017年第1期52卷 106-111,126页

作者：张明远鲁连涛曾东方陈刚张继旺西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 马鞍山钢铁股份有限公司技术中心安徽马鞍山243003

为改善滚动接触条件下车轮钢抵抗磨损的能力,使用滚动接触摩擦磨损试验机,测试了在过渡磨损和稳定磨损阶段改变滚动方向前后试样的摩擦因数和磨损率,使用扫描电镜观察了车轮试样的磨损形貌,使用激光共聚焦显微镜和扫描电镜观察了表层塑... 详细信息

为改善滚动接触条件下车轮钢抵抗磨损的能力,使用滚动接触摩擦磨损试验机,测试了在过渡磨损和稳定磨损阶段改变滚动方向前后试样的摩擦因数和磨损率,使用扫描电镜观察了车轮试样的磨损形貌,使用激光共聚焦显微镜和扫描电镜观察了表层塑性变形形貌.结果表明:不同磨损阶段换向的试样在换向前后摩擦因数均在0.495左右,换向并不改变摩擦副的摩擦因数;试验后在过渡磨损阶段换向的车轮试样磨损率为16.09μg/m,在稳定磨损阶段换向的车轮试样磨损率分别为13.65μg/m和13.94μg/m,过渡磨损阶段换向对车轮试样抗磨损能力的提高程度低于稳定磨损阶段;车轮试样换向前的应变硬化程度越大,换向形成的波状结构的波峰位置越浅,表层组织的珠光体片层间距越小,换向后车轮钢的抗磨损能力提高越明显.

关键词：车轮钢滚动方向磨损阶段应变硬化波状结构滚动接触磨损

层流等离子体点状淬火轮轨材料滚动磨损性能研究

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层流等离子体点状淬火轮轨材料滚动磨损性能研究

作者：冯宗立西南交通大学

学位级别：硕士

随着当今社会科学技术的发展,铁路运输行业也在人们日渐增长的各种需求下朝着高速化与重载化方向发展。而高速动车组轮轨运行工况复杂、恶劣,导致车轮与钢轨之间的磨损与接触疲劳问题成为了影响列车运行稳定性、安全性以及车轮服役寿命... 详细信息

随着当今社会科学技术的发展,铁路运输行业也在人们日渐增长的各种需求下朝着高速化与重载化方向发展。而高速动车组轮轨运行工况复杂、恶劣,导致车轮与钢轨之间的磨损与接触疲劳问题成为了影响列车运行稳定性、安全性以及车轮服役寿命的关键因素。论文采用一种新的高速轮轨材料表面处理方法以提高耐磨性:层流等离子体点状淬火技术。利用等离子体对ER8车轮钢和钢轨U71Mn G进行点状淬火处理,在材料表面形成一系列规则排列的硬化区域,该区域以极快的速度加热到奥氏体化温度并迅速冷却,发生相变强化,从而提高硬度以期强化轮轨材料表面。利用MJP-30滚动接触磨损试验机研究验证了层流等离子体淬火参数如距离、处理面积比率等对轮轨试样表面摩擦磨损性能的影响。通过试样材料表面微观形貌观察、损伤剖面观察、硬度检测、扫描电子显微镜（SEM）等技术手段探究了轮轨材料的磨损机理。在上述研究的基础上,最终形成了优化后的淬火工艺参数,为有效提高高速列车轮轨材料耐磨性提供了新的工程解决思路与选择。本论文主要研究结论如下:层流等离子体点状淬火处理可显著提高高速轮轨材料耐磨性。经淬火处理后,材料表面形成致密的马氏体组织,显微硬度提高2倍以上,在5%滑差率条件下总磨损率可降低80%以上。并且层流等离子体表面点状淬火可改善轮轨材料的损伤形式,淬火后形成的月牙状硬化区与基体之间存在良好的协调性和结合力,可抵抗材料的塑性变形和裂纹扩展。不同的淬火距离和不同的表面淬火面积比对轮轨材料磨损性能影响存在显著差异,在避免试样出现过烧现象的情况下,轮轨材料耐磨性随着淬火距离增大而降低;同时,较低的淬火处理面积比不足以使其耐磨性能达到最佳,但是淬火面积比过大又会出现过多硬化区被压碎的现象,反而增大了产生表面损伤和剥离的可能性。为获得最佳的综合抗磨损性能,在淬火功率6.5 k W,淬火时间0.7s,气流量5.5 L/min条件下,淬火距离为10 mm、淬火处理面积比为30%的点状淬火工艺为最佳的工艺参数。

关键词：层流等离子体点状淬火轮轨材料滚动接触磨损表面损伤