車輪材料滾動(dòng)磨損與接觸疲勞損傷行為的試驗(yàn)研究.pdf

1、鐵路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展帶來了列車車輪材料和運(yùn)行工況的多樣化，列車車輪的損傷問題日益明顯。為了提高鐵路車輛運(yùn)行的安全性，則須對(duì)列車車輪的磨損和疲勞性能提出更高的要求，因此有必要針對(duì)列車車輪材料進(jìn)行磨損和疲勞損傷機(jī)理的試驗(yàn)研究。本文利用JD-1輪軌模擬試驗(yàn)機(jī)分別研究車輪材料成分、列車運(yùn)行速度以及車輪所受的橫向力對(duì)列車車輪磨損和疲勞性能的影響，得到如下結(jié)論:
　　1.通過對(duì)四種不同化學(xué)成分車輪材料的耐磨性和抗疲勞特性進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)車輪材

2、料的耐磨性隨著含碳量的增加而增強(qiáng)，同時(shí)含碳量的增加對(duì)滾動(dòng)接觸疲勞敏感性的提高作用強(qiáng)于錳元素對(duì)于其敏感性的降低作用;車輪材料中的鉻元素能有效的提高其耐銹蝕性;試驗(yàn)后車輪試件近表層硬度明顯增加，并且其硬度值的分布規(guī)律可以用一個(gè)指數(shù)函數(shù)進(jìn)行描述，在比較硬化規(guī)律曲線之間的差別時(shí)發(fā)現(xiàn)由硬化比、硬化層厚度和曲率半徑函數(shù)面積構(gòu)成的指標(biāo)集能夠很好的描述車輪試件近表層的硬化程度。
　　2.針對(duì)低速和高速工況下車輪的損傷行為進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩種工

3、況下的磨痕表面均出現(xiàn)了非均勻磨耗，其表現(xiàn)為光滑區(qū)域和粗糙區(qū)域交替出現(xiàn)，粗糙區(qū)域的最大硬度值和硬化層厚度均大于光滑區(qū)域;但兩種工況下的損傷行為有所不同，低速工況下兩個(gè)區(qū)域間的損傷差異性均明顯大于高速工況;擬合偏差法和固定比例法均可以確定試件近表層硬化層的厚度，但擬合偏差法更具有實(shí)際意義，并能為以后分析滾動(dòng)接觸試件近表層損傷厚度提供有益的參考。
　　3.針對(duì)前期試驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)在模擬輪試件一側(cè)的材料堆積現(xiàn)象，結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的踏面碾寬

4、損傷，考察了列車車輪在橫向力作用下的損傷行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)模擬輪試件在橫向力作用下的磨損可以分為塑性堆積區(qū)、疲勞損傷區(qū)和磨損區(qū)，其中塑性堆積區(qū)的損傷是以塑性變形和疲勞裂紋為主，疲勞損傷區(qū)的損傷是以疲勞裂紋和磨損為主，磨損區(qū)的損傷則是以磨損為主;當(dāng)應(yīng)力發(fā)生劇烈變化并且應(yīng)力方向由高壓力區(qū)指向低壓力區(qū)時(shí)會(huì)出現(xiàn)材料的塑性堆積和疲勞裂紋，在橫向力的作用下部分金屬由接觸區(qū)域延伸至非接觸區(qū)域，形成金屬延伸物，這與實(shí)際車輪的踏面碾寬損傷相對(duì)應(yīng);在較強(qiáng)的應(yīng)力

5、作用下，車輪試件近表層材料的晶粒發(fā)生了明顯細(xì)化，在橫截面上呈現(xiàn)為纖維狀;車輪試件近表層材料沿橫向力方向發(fā)生了明顯的塑性變形和塑性流動(dòng)，并且這兩者可以通過剪切應(yīng)變予以表達(dá)，同一深度的剪切應(yīng)變與硬度值之間具有非常強(qiáng)的一致性，這種表征方法相比于硬度測(cè)量更加便捷，從而具有更好的適用性。
　　4.針對(duì)硬度測(cè)量數(shù)據(jù)的波動(dòng)性和疲勞裂紋萌生的特有規(guī)律，考察了車輪材料在微觀尺度上的非均勻性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了疲勞裂紋的萌生規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)列車車