文摘

抗接触疲劳性能的四个型钢rails系统研究和比较。接触疲劳极限环、断裂韧性和疲劳裂纹增长速度相应的rails不同压缩比进行了测试和分析,结果显示它们之间的密切关系。此外,微观结构的rails使用TEM观察到很仔细阐明科学机制。观察和获得的结果表明,珠光体片间距进一步降低压缩比的兴起,极大地和正确地促成了提高抗疲劳强度性质。

1。介绍

滚动接触疲劳是轮轨服务的过程中不可避免的现象。接触疲劳是rails的主要失效模式之一(1]。与接触条件的改善,表面磨损轮轨系统的趋势逐渐减少,而接触疲劳损伤的地下变得越来越严重2]。rails在轮轨接触的过程中,剪切塑性变形可高达100%,和变形层的深度可以达到约2毫米(3]。由于塑性变形,蛀牙或微裂隙开始在地下的缺陷。连续的累积塑性变形,相邻腔相互聚合,和微裂隙长大,从而形成宏观裂缝(4]。为了探索之间的关系和铁路钢轨接触疲劳性压缩比,本文进行系统研究铁路抗接触疲劳性能的四个不同的压缩比。通过系统地观察rails的微观内部组织,铁路压缩比的影响机制的抗接触疲劳特性进行了分析。

2。试验材料和方法

2.1。测试材料

测试材料热处理铁路由国内钢铁厂,品位U78CrV,其化学成分如表所示1。

表1
试验材料的化学成分(%)。
2.2。测试方法

U78CrV热处理rails压缩比为11.1,13.6,13.8,和17.1等疲劳性指标进行接触疲劳极限环,断裂韧性和疲劳裂纹增长。

2.2.1。接触疲劳极限环测试

测试样本的铁路,和身体接触疲劳试验进行了使用two-wheel-to-roll方法利用Ansys仿真计算接触应力测试,如图1。


图1
Two-wheel-to-roll实验室的模型。

测试速度是每分钟750转时,样品可以在短时间内损坏。同时,750 rpm的角速度对应的速度约为120公里/小时的火车车轮直径840毫米,这是更接近实际情况。为了得到尽可能的滑移条件,至少5%的下滑是用来进行测试。把所有因素都考虑进去,在实验室进行接触疲劳测试。参数如表所示2。

表2
接触疲劳周期的测试计划。
2.2.2。断裂韧性试验

带铁断裂韧度样品的轨头位置对应于每个压缩比。采样位置如图2。样品的宽度W40毫米,样本长度是180毫米,字母“H”是印在结束的样本。


图2
采样位置断裂韧性的样本。

样品处理完成后,样品被电火花线切割加工的整体刀口和precrack。英斯特朗8801年使用的测试设备是电液伺服材料试验机。测试温度是−20°C。

2.2.3。疲劳裂纹增长速度测试

rails的疲劳裂纹增长抽样对应不同的压缩比进行轨头的位置。样品的采样位置和处理维度数据所示3和4。


图3
样品疲劳裂纹增长的位置。

图4
处理试样疲劳裂纹增长率的大小。

处理过的疲劳裂纹增长样品进行测试。英斯特朗8801检测设备是一个完全数控电液伺服材料试验机。检查温度−20°C。检查期间,跨年代= 4°W,负载电压R= 0.5,正弦波形,频率和负载f= 30 Hz。

3所示。测试结果

3.1。压缩比的影响在铁路接触疲劳极限环

图5显示了声音分贝接触疲劳试验期间记录曲线。从图可以看出,整个测试过程可分为A和B部分。在初始阶段的测试中,一节,声音分贝是相对稳定的。这表明样品的表面相对光滑,平坦的在这个阶段。随着周期的数量增加,微裂隙和其他变化出现在样品的表面,使测试分贝略有增加。B部分中,当样品的表面剥离,声音分贝增加迅速。这表明样品损坏在这个阶段,随着循环次数的增加,损失越来越严重,测试分贝增加迅速。A和B两段的交点是发生疲劳破坏的临界点,即疲劳极限环。


图5
测试曲线。

在不同的接触应力条件下,铁路疲劳极限周期对应于每个压缩比测量。结果如表所示3,变化趋势如图6。

表3
每个压缩比对应于铁路接触疲劳极限环/ 10000次。

图6
铁路接触疲劳极限环的趋势与压缩比。

从表可以看出3和图6数量的周期轨接触疲劳极限随压缩比的增加。当接触应力达到1628 MPa,铁路接触疲劳周期压缩率线性增加。

3.2。压缩比在钢轨断裂韧性的影响

断裂韧性的测试结果每个压缩比相应的铁路如表所示4。它的变化趋势如图7。

表4
每个压缩比对应于铁路断裂韧性。

图7
钢轨断裂韧性与压缩比的趋势。

从表可以看出4和图7铁路的断裂韧性随压缩比的增加。其中,铁路压缩比的13.6和13.8是靠近铁路断裂韧度值。

3.3。压缩比的影响在钢轨疲劳裂纹增长率

疲劳裂纹扩展速率试验结果每个压缩比相应的铁路如表所示5。他们的变化趋势如图8。

表5
对应每个压缩比的钢轨疲劳裂纹增长。

图8
疲劳裂纹的趋势增长率与压缩比。

从表可以看出4和图8铁路裂纹扩展率显示了显著下降的趋势随着压缩比的增加。

4所示。机理分析

接触疲劳的基本过程如下:接触应力的作用下,塑性变形发生在地表或地下,导致伤害和接触疲劳裂纹损伤的累积。根据史密斯的理论,裂缝渗碳体的形成的机械条件表(5]

的公式,τeff当渗碳体裂缝临界有效剪切应力。γc渗碳体的表面能量吗E是积极的渗碳体的弹性模量v是泊松比一个铁氧体薄板厚度吗

根据公式(1),可以看出关键有效的剪切应力,当渗碳体裂缝,的平方根成反比铁氧体片厚度。此外,它可以近似成反比的平方根珠光体夹层间距。Clyton [6]和Kalousek Laufer [7)也报告了类似的测试结果。基于这一理论,前后样品的内部结构接触疲劳测试是使用透射电子显微镜,观察到和珠光体片间距测试测量之前和之后。测量和观察的结果如表所示6和图9。

表6
每个压缩比对应于铁路珠光体夹层间距(nm)。
(一)
(一)
(b)
(b)
图9
透射电子显微镜观察样品之前和之后的接触疲劳试验。(一)在测试前。测试后(b)。

从表可以看出6和图9铁路的层间间距珠光体倾向于减少随着压缩比的增加。珠光体的层间间距减少后接触疲劳试验。最初的片晶之间的铁路越小,减少层状间隔越大。这表明其塑性变形能力更强。它可以从测试后的样品的变形结构,铁路珠光体片间距的压缩比11.1是最大的。其渗碳体片坏了。铁路珠光体表压缩比为13.6和13.8有适当的间距。他们的渗碳体显示弯曲变形和少量的骨折。铁路珠光体片最小压缩比为17.1的层间间距,及其渗碳体片已经微微弯曲和变形而不破坏。可以看出,原始的珠光体片之间的距离越小,越容易断裂的渗碳体床单和抗接触疲劳性能越高。 The greater the distance between the original pearlite sheets is, the more likely it is that the cementite sheets will break, and the contact fatigue resistance property is relatively low.

5。结论

(1)随着铁路压缩比的增加,接触疲劳极限环和断裂韧性相应的铁路逐渐增加。铁路的裂纹增长率呈下降趋势;也就是说,提高铁路的抗接触疲劳特性。(2)利用透射电子显微镜,观察到铁路的压缩比越大,之间的距离原来越细珠光体轨的床单。铁路接触疲劳试验后,铁路珠光体层间隔对应于每个压缩比降低。珠光体的渗碳体变形和断裂。(3)大铁路的原始珠光体片之间的距离,更容易渗碳体表将变形和断裂。其抗疲劳强度属性相对较低。之间的距离原来越细珠光体床单,渗碳体片就越容易弯曲变形和断裂,它有一个相对较高的抗接触疲劳特性。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以要求作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。