四種車輪材料與U75V鋼軌匹配時的磨損與損傷行為研究.pdf

1、由于鐵路運輸擁有運輸效率高、運輸能力大、受氣候等自然條件影響小、成本低、安全可靠、環(huán)保等特點，其迎來了客運高速化、貨運重載化的全新發(fā)展時段，更是形成了世界鐵路網(wǎng)規(guī)劃。鐵路新的發(fā)展趨勢也使輪軌間的接觸問題更加復雜，諸如輪軌磨耗、滾動接觸疲勞等問題都與材料表層塑性變形息息相關。本文利用MMS-2A屏顯式摩擦磨損試驗機進行模擬試驗，利用電子天平、硬度儀、輪廓儀、光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡等分析設備分別研究了不同輪軌材料匹配下和變軸重工況下的輪

2、軌滾動磨損、塑性變形和損傷特性，以及輪軌表層塑性變形隨時間變化的形成過程及其對輪軌疲勞裂紋萌生與擴展的影響。試驗研究得到主要結論如下:
　　(1)隨著車輪與鋼軌試樣硬度比的增大，車輪表層塑性變形層厚度逐漸減小，對摩副鋼軌則呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，且鋼軌表面萌生的疲勞裂紋的末端擴展角度有增大的趨勢，使鋼軌的疲勞損傷形式由材料的剝落向斷裂失效轉(zhuǎn)變。
　　(2)隨著軸重的增大，車輪和鋼軌試樣的磨損加劇，輪軌接觸摩擦系數(shù)呈增大趨勢，

3、且摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定后的波動系數(shù)越小;輪軌間接觸應力的增加，會導致晶體滑移線滑移深度增加，塑性變形層厚度增大;隨著軸重的增大，車輪材料的磨損機制由黏著磨損逐漸向疲勞裂紋損傷轉(zhuǎn)變，鋼軌材料主要變現(xiàn)為疲勞磨損，由疲勞短裂紋向疲勞長裂紋及多層剝落磨損轉(zhuǎn)變。
　　(3)輪軌表層材料在循環(huán)接觸應力的作用下，珠光體和先共析鐵素體組織逐漸發(fā)展為片狀組織，表層材料會產(chǎn)生沿滾動方向的晶體組織滑移，形成塑性變形層。隨著輪軌接觸逐漸趨于穩(wěn)定，輪軌表層塑性

4、變形層的加工硬化使得表層材料抗塑性變形能力增強，塑性變形層厚度變化很小，達到塑性安定狀態(tài)。
　　(4)輪軌表層累積的塑性流動超過變形極限或變形后的片狀組織滑移幅度產(chǎn)生差異，會引起材料表面或亞表面萌生裂紋。車輪試樣的主要損傷形式表現(xiàn)為疲勞裂紋損傷及黏著磨損，在實際車輪選材上，若需防止車輪因疲勞裂紋引起的剝落磨損過度，盡量選擇耐磨性較強的車輪材料。鋼軌材料宜選取屈服強度較高、抗疲勞損傷性能好的材料，防止鋼軌表面出現(xiàn)深層剝落磨損，減小因