高速列車車輪踏面損傷分析及激光熔覆修復(fù)研究.pdf

1、隨著我國服役動(dòng)車組列次逐年增多，車輪損傷尤其是踏面損傷問題日益突出。高速列車車輪損傷機(jī)理和提高車輪材料的耐磨性能已經(jīng)成為鐵路科技工作者研究的重點(diǎn)。對(duì)高速列車車輪材料表面進(jìn)行激光熔覆試驗(yàn)研究，提高車輪材料的摩擦磨損性能以降低磨耗和傷損，對(duì)我國高速鐵路的發(fā)展具有很重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　論文首先對(duì)某一既有線路運(yùn)營動(dòng)車組進(jìn)行跟蹤磨耗測(cè)試，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集損傷車輪樣本，通過對(duì)踏面磨耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和損傷樣本分析，研究了高速列車車輪踏面損傷

2、機(jī)理；利用半導(dǎo)體全固態(tài)激光器在高速列車常用車輪材料ER8鋼表面進(jìn)行激光熔覆處理，并對(duì)熔覆層進(jìn)行顯微組織觀察、物相分析和顯微硬度測(cè)試，利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行模擬輪軌對(duì)磨研究熔覆處理后車輪鋼材料的磨損性能，最后通過正交試驗(yàn)分析獲得磨損性能最優(yōu)的激光熔覆工藝參數(shù)。研究的主要結(jié)論如下：
　　（1）不同運(yùn)行里程下車輪踏面的磨耗跟蹤測(cè)試發(fā)現(xiàn)踏面磨耗隨著運(yùn)營里程的增加而增大，并且在26.1萬公里后有劇烈增加的趨勢(shì)。通過SIMPACK軟件模擬不同

3、運(yùn)行里程下的輪軌接觸幾何關(guān)系，分析踏面磨耗存在三個(gè)階段，并在23.2萬公里后踏面產(chǎn)生劇烈磨耗，易產(chǎn)生接觸疲勞。
　?。?）高速列車車輪踏面的損傷主要源于圓周磨耗、滾動(dòng)接觸疲勞和制動(dòng)這三個(gè)方面。圓周磨耗會(huì)引起車輪踏面外形的變化，從而導(dǎo)致輪軌型面不匹配，進(jìn)而改變輪軌接觸幾何關(guān)系；滾動(dòng)接觸疲勞損傷會(huì)導(dǎo)致疲勞裂紋和剝離掉塊的產(chǎn)生；制動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱剝離和熱裂紋，緊急制動(dòng)可能還會(huì)產(chǎn)生踏面擦傷。這三類損傷在車輛運(yùn)行時(shí)并不是獨(dú)立存在，而是互相影響的。

4、
　　（3）通過激光熔覆試驗(yàn)，獲得了與ER8鋼表面成良好冶金結(jié)合的Fe基熔覆層，熔覆層組成相主要包括基體相γ-Fe和硬質(zhì)碳化物Cr7C3及Mn、Mo、Ni等合金元素的化合物，這些化合物在熔覆層中與γ-Fe形成置換固溶體，大大增加了熔覆層的強(qiáng)度。熔覆層凝固組織由里到外分為平面晶區(qū)、柱狀樹枝晶區(qū)、胞狀晶區(qū)、等軸樹枝晶區(qū)，這些結(jié)晶組織形態(tài)的形成是由溫度梯度/凝固速率(G/R)決定的。
　?。?）通過對(duì)比試驗(yàn)研究激光功率P、激光掃描

5、速度vs、送粉速率vf對(duì)熔覆層組織和性能的影響，可以得出結(jié)論：顯微硬度和耐磨性隨著這三個(gè)工藝參數(shù)的增大均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，其中掃描速度對(duì)熔覆層的性能影響最大，激光功率次之，送粉速率最小。
　?。?）通過正交試驗(yàn)并以 PD3鋼軌材料為對(duì)磨材料進(jìn)行摩擦磨損分析測(cè)試各組試樣，得出熔覆層綜合性能最好的試驗(yàn)工藝參數(shù)：激光功率P=1.6kW、激光掃描速度vs=400mm/min、送粉速率vf=20g/min，獲得的熔覆層顯微硬度值為44