車輪材料滾動磨損與接觸疲勞損傷行為的試驗研究.pdf

1、鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展帶來了列車車輪材料和運行工況的多樣化，列車車輪的損傷問題日益明顯。為了提高鐵路車輛運行的安全性，則須對列車車輪的磨損和疲勞性能提出更高的要求，因此有必要針對列車車輪材料進行磨損和疲勞損傷機理的試驗研究。本文利用JD-1輪軌模擬試驗機分別研究車輪材料成分、列車運行速度以及車輪所受的橫向力對列車車輪磨損和疲勞性能的影響，得到如下結論:
　　1.通過對四種不同化學成分車輪材料的耐磨性和抗疲勞特性進行比較分析，發(fā)現(xiàn)車輪材

2、料的耐磨性隨著含碳量的增加而增強，同時含碳量的增加對滾動接觸疲勞敏感性的提高作用強于錳元素對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)律可以用一個指數(shù)函數(shù)進行描述，在比較硬化規(guī)律曲線之間的差別時發(fā)現(xiàn)由硬化比、硬化層厚度和曲率半徑函數(shù)面積構成的指標集能夠很好的描述車輪試件近表層的硬化程度。
　　2.針對低速和高速工況下車輪的損傷行為進行了對比分析，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際意義，并能為以后分析滾動接觸試件近表層損傷厚度提供有益的參考。
　　3.針對前期試驗中經常出現(xiàn)在模擬輪試件一側的材料堆積現(xiàn)象，結合實際運營中出現(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;當應力發(fā)生劇烈變化并且應力方向由高壓力區(qū)指向低壓力區(qū)時會出現(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，這與實際車輪的踏面碾寬損傷相對應;在較強的應力

5、作用下，車輪試件近表層材料的晶粒發(fā)生了明顯細化，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，并且這兩者可以通過剪切應變予以表達，同一深度的剪切應變與硬度值之間具有非常強的一致性，這種表征方法相比于硬度測量更加便捷，從而具有更好的適用性。
　　4.針對硬度測量數(shù)據(jù)的波動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，并在此基礎上進一步研究了疲勞裂紋的萌生規(guī)律。結果發(fā)現(xiàn)列車車