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硌伤形貌对车轮材料滚动接触疲劳特性的影响

中国机械工程 2019年第3期30卷 278-283页

作者：赵相吉师陆冰王文健郭俊刘启跃西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

采用重力摆锤在车轮试样表面冲击出不同形貌的硌伤坑,基于改进后的MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验平台,研究了未硌伤车轮以及两种硌伤形貌车轮的滚动接触疲劳特性。结合ABAQUS仿真分析的车轮硌伤后残余应力分布情况,探讨了硌伤坑附近裂... 详细信息

采用重力摆锤在车轮试样表面冲击出不同形貌的硌伤坑,基于改进后的MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验平台,研究了未硌伤车轮以及两种硌伤形貌车轮的滚动接触疲劳特性。结合ABAQUS仿真分析的车轮硌伤后残余应力分布情况,探讨了硌伤坑附近裂纹的萌生及扩展机制。结果表明:与未硌伤车轮相比,车轮硌伤处次表层材料沿踏面垂直方向上出现的残余拉应力有助于促进裂纹的萌生和扩展。相同冲击能下,球形硌伤坑附近裂纹长度和角度均大于道砟形硌伤坑附近裂纹长度和角度。球形硌伤坑边缘次表层裂纹的裂纹面较宽,并沿着45°的扩展角度向内部扩展。

关键词：硌伤形貌车轮材料滚动接触疲劳残余应力

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干态下车轮材料表面疲劳裂纹萌生试验研究

摩擦学学报 2016年第2期36卷 194-200页

作者：黄育斌何成刚马蕾赵相吉王文健刘启跃西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所四川成都610031

利用WR-1轮轨滚动磨损试验机,结合安定极限理论研究了干态下影响车轮材料表面疲劳裂纹萌生与扩展的因素,探究了表面疲劳损伤形成机理和演变规律.结果表明:随垂向力、横向力和冲角增大,表面疲劳裂纹越容易萌生扩展;冲角对表面疲劳裂纹的... 详细信息

利用WR-1轮轨滚动磨损试验机,结合安定极限理论研究了干态下影响车轮材料表面疲劳裂纹萌生与扩展的因素,探究了表面疲劳损伤形成机理和演变规律.结果表明:随垂向力、横向力和冲角增大,表面疲劳裂纹越容易萌生扩展;冲角对表面疲劳裂纹的萌生与扩展起着重要作用,大冲角下斜线状表面疲劳裂纹萌生扩展明显;只有横向力而不存在冲角时,试样表面不会出现斜线状表面疲劳损伤;车轮试样在周期性循环载荷作用下在表面先形成塑性流动,然后沿轮轨表面切向力方向扩展成斜线状的表面疲劳起皮剥落损伤;垂向力是影响表面裂纹萌生时间的重要因素之一.

关键词：车轮材料安定理论表面疲劳裂纹萌生冲角

预制裂纹对等离子体淬火车轮材料磨损行为的影响

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材料导报 2022年第5期36卷 138-144页

作者：李爽张青松戴光泽西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

利用层流等离子体射流对轮轨试样进行表面点状淬火处理,采用电火花加工方法在车轮试样表面预制裂纹,基于MJP-30滚动接触疲劳试验机进行磨损试验,研究了表面预制裂纹对车轮试样淬火前后磨损行为的影响。结果表明:预制裂纹导致未淬火车轮... 详细信息

利用层流等离子体射流对轮轨试样进行表面点状淬火处理,采用电火花加工方法在车轮试样表面预制裂纹,基于MJP-30滚动接触疲劳试验机进行磨损试验,研究了表面预制裂纹对车轮试样淬火前后磨损行为的影响。结果表明:预制裂纹导致未淬火车轮试样出现局部严重磨损区,其磨损量显著增加,而淬火试样的磨损量轻微增加;磨损试验后,预制裂纹在未淬火试样中闭合,而在淬火试样中不闭合;在淬火试样中,浅预制裂纹宽度扩大并在表层出现马氏体塑性变形和剥落现象,而深预制裂纹宽度略微收缩且表层无马氏体塑性变形与剥落现象;淬火试样的预制裂纹诱发大角度裂纹贯穿整个淬火区,并沿着淬火区与基体交界面扩展,显著增加了淬火区大块剥离的隐患。

关键词：预制裂纹车轮材料等离子体淬火磨损行为裂纹扩展

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含碳量对车轮材料磨损影响的试验研究

润滑与密封 2005年第5期30卷 11-13页

作者：刘启跃王文健西南交通大学摩擦学研究所四川成都610031

为研究车轮剥离失效的影响因素,为车轮的选材提供依据,通过选择几种不同含碳量的钢材,研究了含碳量对磨损及剥离的影响。研究结果表明:含碳量的改变,对材料的摩擦因数基本没有影响,但可以改变材料的磨损机制;材料的抗磨损能力随含碳量... 详细信息

为研究车轮剥离失效的影响因素,为车轮的选材提供依据,通过选择几种不同含碳量的钢材,研究了含碳量对磨损及剥离的影响。研究结果表明:含碳量的改变,对材料的摩擦因数基本没有影响,但可以改变材料的磨损机制;材料的抗磨损能力随含碳量增加而迅速增大。

关键词：车轮材料含碳量磨损剥离

车轮材料激光熔覆涂层微观组织与磨损性能研究

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车轮材料激光熔覆涂层微观组织与磨损性能研究

作者：慕鑫鹏西南交通大学

学位级别：硕士

激光熔覆技术作为一种新型表面处理技术,其熔覆材料对熔覆涂层性能具有关键影响。Fe基合金粉末作为应用最广泛的激光熔覆材料,通过对车轮材料表面进行激光熔覆处理,开展激光熔覆Fe基合金涂层性能优化研究,有利于延长铁路车轮的服役寿命... 详细信息

激光熔覆技术作为一种新型表面处理技术,其熔覆材料对熔覆涂层性能具有关键影响。Fe基合金粉末作为应用最广泛的激光熔覆材料,通过对车轮材料表面进行激光熔覆处理,开展激光熔覆Fe基合金涂层性能优化研究,有利于延长铁路车轮的服役寿命,实现损伤车轮的修复再制造。论文首先对车轮材料进行激光熔覆处理,研究了Co基与Fe基合金涂层的微观组织、表面硬度和应力状态,通过滚动磨损试验研究了两种涂层材料的摩擦磨损性能。通过向Fe基合金粉末中加入不同比例WS、CaF和h-BN、CaF等,在车轮材料上制备不同激光熔覆涂层,分析了涂层的微观组织、表面硬度和应力状态,通过滚动/滑动磨损试验研究了WS/CaF/Fe涂层和h-BN/CaF/Fe涂层的磨损性能。论文研究的主要结论如下:(1)激光熔覆Fe基合金涂层主要由(Fe,Ni)固溶体和CrC相组成,晶粒粗大;激光熔覆Co基合金涂层主要由γ-Co相和CrC相组成。激光熔覆处理后,试样沿滚动方向的残余应力为压应力,其中Co基涂层的残余压应力明显大于Fe基涂层。(2)激光熔覆处理后车轮试样磨损率明显降低,Co基涂层损伤最轻微,磨痕表面光滑,出现轻微剥落;Fe基涂层表面出现细小裂纹和犁沟,耐磨性能较差。(3)WS/CaF/Fe激光熔覆涂层组织由(Fe,Ni)、CrC和Cr S组成;h-BN/CaF/Fe涂层组织由(Fe,Ni)、CrC组成。当Fe基粉末、h-BN与CaF的质量比为98:1:1时,涂层组织的晶粒更细小。WS/CaF/Fe熔覆涂层残余压应力随WS含量增加而增加,h-BN/CaF/Fe熔覆涂层的残余压应力比Fe基合金涂层略高,当Fe基粉末、h-BN与CaF的质量比为98:1:1时,熔覆涂层的残余压应力最大。(4)随WS含量增加,WS/CaF/Fe熔覆涂层的摩擦系数降低,磨损率先降低后升高,当WS为6%时,涂层耐磨性能最佳。h-BN/CaF的加入对降低h-BN/CaF/Fe熔覆涂层的摩擦系数具有积极作用,当Fe基粉末、h-BN与CaF质量比为98:1:1时,激光熔覆车轮试样摩擦系数最低,减磨效果最佳。

关键词：车轮材料激光熔覆微观组织损伤裂纹

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四种列车车轮材料近表层的硬度值分布规律

润滑与密封 2016年第5期41卷 16-22页

作者：周桂源何成刚文广刘启跃西南交通大学牵引动力国家重点实验室摩擦学研究所四川成都610031

在试验数据的基础上利用数值分析方法研究车轮试件近表层的硬化规律,提出以硬化率、硬化层厚度和曲率半径函数面积为指标的集合来描述试件近表层的硬化规律,分析不同车轮材料近表层表现出不同硬化规律的原因。结果表明,车轮试件近表层... 详细信息

在试验数据的基础上利用数值分析方法研究车轮试件近表层的硬化规律,提出以硬化率、硬化层厚度和曲率半径函数面积为指标的集合来描述试件近表层的硬化规律,分析不同车轮材料近表层表现出不同硬化规律的原因。结果表明,车轮试件近表层硬度值随深度的分布规律与某个指数函数的曲线非常接近,故将该函数作为其硬化规律的经验公式;提出的硬化指标集能有效地评价试件近表层硬化程度的强弱和硬化规律;在磨损和硬化作用的共同作用下,车轮材料含碳量的不同使其近表层表现出不同的硬化规律。

关键词：车轮材料硬化规律硬化率硬化层厚度

擦伤对车轮材料磨损及滚动接触疲劳的影响研究

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擦伤对车轮材料磨损及滚动接触疲劳的影响研究

作者：陈彦佐西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高铁的快速发展,人们对车辆运行品质的要求也不断提高,这就使得轮轨损伤问题变得更加凸显,其中车轮擦伤是一种较为严重的车轮损伤,车轮擦伤后运行会给行车带来极大的安全隐患,因此为了保障车辆的安全运行,车轮擦伤形成过程和擦... 详细信息

随着我国高铁的快速发展,人们对车辆运行品质的要求也不断提高,这就使得轮轨损伤问题变得更加凸显,其中车轮擦伤是一种较为严重的车轮损伤,车轮擦伤后运行会给行车带来极大的安全隐患,因此为了保障车辆的安全运行,车轮擦伤形成过程和擦伤对车辆运行的影响规律的研究具有非常重要的意义和实用价值。论文利用JD-1轮轨模拟试验机来模拟车辆制动过程,预制了不同影响因素下形成的车轮踏面擦伤,并在试样擦伤后进行了滚动接触疲劳试验,通过多种分析手段,研究了擦伤的形成机理和不同擦伤对车轮运行造成的影响规律。并且使用ABAQUS有限元仿真软件对擦伤区形成过程的温度场的分布和温度变化进行了动态模拟。论文研究主要结论如下:(1)擦伤会导致车轮磨损量的增加,擦伤区会形成严重的塑性变形层和主要是由热影响造成的马氏体白层;车轮带着擦伤运行会造成更大的磨损,并对会车轮寿命造成严重的影响,且滚动后的擦伤区前中后部分别形成了不同的表面损伤形貌。(2)随着制动速度和制动时间的增加,试样磨损量增加、擦伤区表面硬度、擦伤区塑性变形层厚度和白层厚度都会增加;同时,在车轮运行后擦伤区后部形成的裂纹长度和扩展角度都将随制动速度和制动时间的增加而增加。(3)擦伤对不同车轮材料试样的磨损量、擦伤区表面损伤和白层厚度影响不大;但随着车轮材料中含碳量的提高,擦伤区塑性变形层厚度减小,车轮材料抗变形能力增加,擦伤区形成的白层中马氏体转率提高,且形成的白层脆性提高,更容易导致白层的断裂,形成更严重的垂直裂纹。(4)制动时擦伤区形成的温度场呈中心温度高边缘温度较低的分布形态,且随着制动速度和时间的增加,擦伤处形成的热影响区范围和擦伤区最高温度都增加并超过了车轮钢奥氏体化的相变温度,同时擦伤区中心点温度呈迅速上升并随后下降的趋势,这与擦伤区形成马氏体白层和白层厚度变化的规律相对应。

关键词：车轮擦伤车轮材料白层滚动接触疲劳温度场

四种车轮材料与U75V钢轨匹配时的磨损与损伤行为研究

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四种车轮材料与U75V钢轨匹配时的磨损与损伤行为研究

作者：陈水友西南交通大学

学位级别：硕士

由于铁路运输拥有运输效率高、运输能力大、受气候等自然条件影响小、成本低、安全可靠、环保等特点,其迎来了客运高速化、货运重载化的全新发展时段,更是形成了世界铁路网规划。铁路新的发展趋势也使轮轨间的接触问题更加复杂,诸如轮... 详细信息

由于铁路运输拥有运输效率高、运输能力大、受气候等自然条件影响小、成本低、安全可靠、环保等特点,其迎来了客运高速化、货运重载化的全新发展时段,更是形成了世界铁路网规划。铁路新的发展趋势也使轮轨间的接触问题更加复杂,诸如轮轨磨耗、滚动接触疲劳等问题都与材料表层塑性变形息息相关。本文利用MMS-2A屏显式摩擦磨损试验机进行模拟试验,利用电子天平、硬度仪、轮廓仪、光学显微镜、扫描电子显微镜等分析设备分别研究了不同轮轨材料匹配下和变轴重工况下的轮轨滚动磨损、塑性变形和损伤特性,以及轮轨表层塑性变形随时间变化的形成过程及其对轮轨疲劳裂纹萌生与扩展的影响。试验研究得到主要结论如下：(1)随着车轮与钢轨试样硬度比的增大,车轮表层塑性变形层厚度逐渐减小,对摩副钢轨则呈现先增大后减小的趋势,且钢轨表面萌生的疲劳裂纹的末端扩展角度有增大的趋势,使钢轨的疲劳损伤形式由材料的剥落向断裂失效转变。(2)随着轴重的增大,车轮和钢轨试样的磨损加剧,轮轨接触摩擦系数呈增大趋势,且摩擦系数趋于稳定后的波动系数越小;轮轨间接触应力的增加,会导致晶体滑移线滑移深度增加,塑性变形层厚度增大;随着轴重的增大,车轮材料的磨损机制由黏着磨损逐渐向疲劳裂纹损伤转变,钢轨材料主要变现为疲劳磨损,由疲劳短裂纹向疲劳长裂纹及多层剥落磨损转变。(3)轮轨表层材料在循环接触应力的作用下,珠光体和先共析铁素体组织逐渐发展为片状组织,表层材料会产生沿滚动方向的晶体组织滑移,形成塑性变形层。随着轮轨接触逐渐趋于稳定,轮轨表层塑性变形层的加工硬化使得表层材料抗塑性变形能力增强,塑性变形层厚度变化很小,达到塑性安定状态。(4)轮轨表层累积的塑性流动超过变形极限或变形后的片状组织滑移幅度产生差异,会引起材料表面或亚表面萌生裂纹。车轮试样的主要损伤形式表现为疲劳裂纹损伤及黏着磨损,在实际车轮选材上,若需防止车轮因疲劳裂纹引起的剥落磨损过度,尽量选择耐磨性较强的车轮材料。钢轨材料宜选取屈服强度较高、抗疲劳损伤性能好的材料,防止钢轨表面出现深层剥落磨损,减小因钢轨断轨而引发的铁路安全事故。而钢轨材料宜选取屈服强度较高、抗疲劳损伤性能好的材料,一定程度上减轻钢轨表面的疲劳裂纹损伤,预防因扩展入心部的疲劳裂纹引起的铁路断轨事故。

关键词：损伤车轮材料轴重磨损量塑性变形疲劳裂纹

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新型车轮材料的磨损特性试验研究

机械 2012年第9期39卷 68-72页

作者：周桂源刘吉华申鹏文广刘启跃西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031

采用JD-1型轮轨试验机对四种新型车轮材料做材料摩擦磨损特性试验研究,采用JA4103型电子称重仪对磨损后的试件进行磨损量测量,利用JB-6C轮廓仪对磨损后的轮廓进行分析。试验结果表明,在相同实验条件下,材料的磨损量随着含碳量的增加而减... 详细信息

采用JD-1型轮轨试验机对四种新型车轮材料做材料摩擦磨损特性试验研究,采用JA4103型电子称重仪对磨损后的试件进行磨损量测量,利用JB-6C轮廓仪对磨损后的轮廓进行分析。试验结果表明,在相同实验条件下,材料的磨损量随着含碳量的增加而减少,含碳量越高,耐磨性越强。磨损后磨痕粗糙度明显增加,磨痕的粗糙度与材料的含碳量、硬度等都没有明显的关系,并且本试验得到的磨痕粗糙度Ra为0.4μm左右。材料的耐锈蚀性与材料中的含铬量有着直接的关系,铬元素的抗锈蚀能力明显。

关键词：车轮材料磨损粗糙度轮廓