裂扩门槛值试验数据与钢轨性能关系的探讨

文章在U71Mn、U75V和U20Mn淬火轨、以及加稀土镧和铈的U75V试验钢裂扩门槛值ΔK_th试验的基础上,通过试验获取的数据和图表,分析了钢轨组织、夹杂物、氢超标和残余应力等因素与Crack Length-Cycle曲线的关系,以及钢轨加入稀土镧合金、铈合金之后对钢轨裂纹扩展的影响,为分析钢轨性能、延长钢轨寿命提供新的手段。     

温度与应力比对6061铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

为了研究温度与应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响,利用电液伺服疲劳试验机对6061铝合金材料开展了不同温度(室温、-70、150 ℃)、应力比(0.1、0.5)条件下的疲劳裂纹扩展速率试验,获得不同条件下的疲劳裂纹扩展速率曲线,揭示温度与应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。结果表明,在相同应力比下,室温与高温150 ℃下的疲劳裂纹扩展速率曲线(da/dN-ΔK)基本一致,低温-70 ℃下的疲劳门槛值与疲劳裂纹扩展速率明显提高,这表明低温环境下6061铝合金材料具有较高的抗疲劳裂纹扩展性能;在相同温度下,随着应力比的增大,疲劳门槛值降低,疲劳裂纹扩展速率升高。讨论了温度与应力比对疲劳裂纹扩展行为影响的可能原因。     

包钢U75V钢轨疲劳及断裂性能分析

通过对新引进MTS810.23系统的熟练使用,对包钢产U75V钢轨的疲劳性能,包括疲劳裂纹扩展速率、轴向疲劳性能及断裂韧性等性能进行了系统的检验分析,试验结果表明:包钢U75V钢轨疲劳、断裂性能满足铁道部标准要求.     

GDL-1型高强韧贝氏体钢的疲劳裂纹扩展特性的研究

通过疲劳裂纹扩展试验,研究了不同热处理状态下GDL-1型高强韧贝氏体钢的疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值,得出了有价值有意义的结论.     

热处理钢轨残余应力对疲劳裂纹扩展速率的影响

钢轨残余应力对其疲劳性能影响较大,文章采用回火试验和金相分析方法,研究了不同残余应力值对U75V热处理钢轨疲劳裂纹扩展速率的影响。通过回火试验,分析不同回火时长对钢轨残余应力的影响,得出随着回火时间的增加残余应力逐渐减小;通过对回火工艺处理后的钢轨进行金相组织检测,观察不同回火时长的钢轨金相组织,分析疲劳裂纹尖端处裂纹扩展路径,根据裂纹扩展的方式与长度来分析不同回火时长对疲劳裂纹扩展速率的影响;通过回火工艺控制,可有效降低钢轨残余应力,进而有效地降低钢轨裂纹扩展速率,提高钢轨抗疲劳性能。     

在线余热淬火对U75V钢轨组织性能的影响

 为进一步掌握在线余热淬火处理对钢轨组织性能的影响关系和机理,采用扫描电镜对热轧态钢轨和在线余热淬火处理后的钢轨进行了全断面的组织观察,利用维氏硬度仪和拉伸试验机对比分析了在线余热淬火对钢轨力学性能的影响。结果表明,在线余热淬火和热轧态钢轨全断面的组织全部为片层状珠光体组织,但淬火轨珠光体片间距明显较小,热轧态钢轨珠光体片间距为0.113~0.284 μm,淬火轨片间距为0.076~0.148 μm。热轧态钢轨全断面显微硬度相差不大,在线余热淬火钢轨显微硬度普遍较热轧态钢轨高。在线余热淬火可以有效提高U75V钢轨性能,热处理后钢轨抗拉强度和伸长率分别较热轧态提高16.6%和20%,有效改善了钢轨的使用性能。     

U71Mn钢轨端部淬火工艺研究

采用CFD软件建立喷风冷却流场模型,模拟喷嘴与钢轨之间不同距离时流场的速度分布,利用Olympus PME3显微镜观察淬火低倍组织形貌,同时观察钢轨纵断面硬化区、过渡区以及软化区的组织,通过MVK-E型显微Vickers硬度计测量淬火区硬度。结果表明:模拟出喷嘴与钢轨之间的距离在15~20 mm范围时冷却效果最好。通过应用实践,淬火帽形、稳定硬化区、过渡区以及软化区硬度和组织,均满足了TB/T 2344标准要求,验证了模拟分析结果的正确性。     

出口印尼900A淬火钢轨生产实践

研究制定了900A UIC54 kg/m淬火钢轨试制方案,通过对900A钢轨成分优化和淬火工艺调整,进行了批量生产。对900A淬火钢轨的生产进行了总结,并对钢轨性能进行了研究及评价。研究表明生产出的淬火钢轨尺寸精度、表面质量、力学性能、硬度等各项指标均满足相关标准以及用户的要求。     

移动式钢轨焊接接头表面硬化装置及工艺的研究

介绍了所研制的移动式钢轨焊接接头表面硬化处理装置的结构、功能与使用方法.利用该装置对U71Mn和U75V钢轨焊后轨头表面硬化处理(即欠速淬火)试验.分别进行化学成分、硬度以及显微组织分析.结果表明:处理后的钢轨接头,具有较理想的显微组织和更为合适的轨顶硬度;可以成功地对钢轨焊接接头进行在线热处理,满足线路现场施工的热处...     

50kg/m全长淬火轨试制成功

正近日,记者从鞍钢股份大型厂获悉,该厂携手鞍钢股份产品发展部、鞍钢集团钢铁研究院开发的50kg/m全长淬火轨首次试制成功,经检测其规格尺寸和淬火性能,均达到标准要求。据悉,在线余热淬火技术是一种钢轨热处理技术,可有效改善钢轨内部组织,提高硬度和韧性,延长钢轨使用寿命,提高钢轨质量。加工强度、硬度高,使用寿命长的余热淬火钢轨,是我国铁路高速化、重载化的发展的重要方式。     

7475-T7351铝合金抗疲劳性能研究

采用旋转弯曲疲劳试验、轴向加载疲劳试验、疲劳裂纹扩展速率试验等疲劳性能测试方法,研究了7475-T7351铝合金厚板的疲劳性能.并通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了该合金的显微组织和疲劳断口形貌.结果表明:7475-T7351铝合金具有良好的耐疲劳损伤性能,光滑试样(Kt=1)在室温旋转弯曲和高温轴向加载条件下的疲劳极限分别为180.0和345.0 MPa,缺口试样(Kt=2.2)在室温旋转弯曲加载条件下的疲劳极限为91.9 MPa;合金厚板材料在高温下缺口敏感性有所降低;国产材料裂纹扩展速率随应力比增加而增大,裂纹扩展门槛值减小;国产7475铝合金与进口材料在裂纹稳定扩展阶段裂纹扩展行为基本相当;在近门槛值附近不同应力比下的裂纹扩展门槛值略有差别.     

基于有限元法计算重轨钢淬火过程的换热系数

提出一种利用有限元软件结合实验计算换热系数的方法,根据实测的温度曲线,将影响U75V钢轨(/%:0.74C,0.76Si,0.82Mn,0.014P,0.028S,0.071V)换热系数的诸多因素进行非线性耦合,建立了换热系数的几何模型,通过Python语言编制计算换热系数的迭代程序,求得该钢淬火过程的换热系数。以计算的换热系数作为已知边界条件,在DEFORM-3D中对耦合了相变的钢轨喷雾淬火的温度场进行模拟,模拟计算的冷却曲线与实测冷却曲线一致。     

15Cr14Co12Mo5Ni2齿轮钢的扭转疲劳特性及裂纹扩展行为

 通过扭转疲劳试验,研究了15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳断裂的裂纹扩展行为和夹杂物尺寸与扭转疲劳寿命之间的关系。得到了钢的扭转疲劳极限强度和[τ-N]曲线,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳极限强度为350 MPa,扭转疲劳寿命分散度较大。通过断口观察,发现15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳破坏模式以表面破坏和近表面破坏为主,主要由氧化物夹杂引起。通过计算应力强度因子[ΔK]和裂纹扩展门槛值[ΔKth]分析15Cr14Co12Mo5Ni2钢的疲劳裂纹扩展的断裂力学条件,试验钢在断裂过程中受载荷情况为,II型载荷—I型载荷—II型载荷—I＋II型载荷,分别对应起裂源区、纤维区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区;当有大裂纹产生时,则不会产生纤维区,受载荷情况则为：II型载荷—I＋II型载荷。通过公式推导和数据拟合得到夹杂物尺寸和15Cr14Co12Mo5Ni2钢扭转疲劳寿命的关系,发现随着夹杂物尺寸减小,钢的[τ-N]曲线向高寿命区移动。当引起裂纹萌生的夹杂物尺寸小于5 μm时,在350 MPa应力下,15Cr14Co12Mo5Ni2钢的扭转疲劳寿命超过107循环周次。     

1 500 MPa级贝氏体/马氏体复相高强度钢的疲劳特性

对于一种C-Si-Mn-Cr合金,通过900 ℃奥氏体化20 min、空冷及280 ℃和370 ℃回火2 h,获得了抗拉强度为1 500 MPa的新型贝氏体/马氏体(B/M)复相组织高强度钢.利用疲劳实验研究了B/M复相高强度钢的疲劳极限,并采用C-T试样测定了疲劳裂纹扩展速率曲线.结果表明,B/M复相高强度钢的疲劳极限超过700 MPa,疲劳裂纹门槛值约为12.7 MPa*m1/2;经370 ℃回火的B/M复相高强度钢疲劳裂纹扩展速率较280 ℃回火时低;这种钢的疲劳性能较常规调质处理的高强度钢有所改善.     

U71Mn钢分段式冷却强化工艺试验研究

通过测定U71Mn钢的过冷奥氏体转变动力学曲线,分析其相变规律。基于现场钢轨热处理工艺进行分段式冷却强化热模拟试验,研究冷速和终冷温度对组织及硬度的影响。结果表明,U71Mn钢的珠光体转变临界冷速为7℃/s,允许珠光体转变的温度范围为500～600℃。其分段式冷却合理工艺参数为开始冷却温度为850℃,冷速为6～12℃/s,终冷温度为570℃,此工艺参数下可获得珠光体组织,同时满足钢轨硬度要求。     

高强韧U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨热处理工艺的优化

研究正火-回火和等温热处理工艺对U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨显微组织和力学性能的影响。结果表明:试验钢经900℃正火+300℃回火后的力学性能为抗拉强度为1396MPa,伸长率为16.0%,冲击吸收功K_U2为57J,HB硬度值402;试验钢经870～930℃加热空冷至300℃等温处理后,抗拉强度基本保持在1300 MPa左右,伸长率为17.0%,冲击吸收功K_U2≥80 J,HB硬度值375～395;和传统的正火+回火工艺相比,优化的等温热处理工艺可以大幅提高U20Mn2SiCrNiMo贝氏体钢轨的冲击韧性,室温冲击吸收功由57J提高到80J以上,提高40%～56%,而断后伸长率基本保持不变,抗拉强度和踏面硬度略有降低。最佳优化工艺为:870℃正火后空冷至300℃保温4h后空冷。     

显微组织对X80钢疲劳裂纹扩展行为的影响

疲劳性能是油气管道安全设计和评价的重要参考因素。在MTS伺服液压万能试验机上，测定了贝氏体/铁素体(B+F)双相X80管线钢在不同应力下的疲劳寿命；使用MTS Landmark 250KN型疲劳试验机对C(T)试样的疲劳裂纹扩展速率da/dN进行了测定。结果表明，疲劳寿命随最大应力减小而增加，当最大应力降至最大工作应力460 MPa,疲劳寿命约为4.1×10⁵循环周次；疲劳裂纹产生于钢板表面，然后向内扩展，直至断裂。在Paris区，当ΔK=30 MPa m^1/2,疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK的关系曲线图出现转折点。研究成果可为高强钢的疲劳寿命预测和疲劳性能评估提供参考。     

U68CuCr与U75V钢轨的摩擦磨损行为对比

 通过在MM-200摩擦磨损试验机上轮对滚动摩擦模拟试验,研究U68CuCr、U75V两种钢轨分别与ER8车轮钢轮对滚动摩擦磨损行为。U68CuCr、U75V是相同强度级别,不同硬度的钢轨。结果表明：U68CuCr钢轨硬度略低于U75V钢轨的硬度,但U68CuCr钢轨试样及其ER8匹配车轮的试样的磨耗量显著小于U75V钢轨试样及其ER8匹配车轮试样的磨耗量。同时,U68CuCr钢轨的塑性变形层和白层都比U75V钢轨的厚。     

980 MPa耐蚀钢轨U68CuCr的开发和应用

通过制定合理成分和铁水脱硫-120 t顶底复吹转炉-吹氩-LF—RH-280 mm×380 mm坯连铸-轧制工艺,开发了980 MPa热轧耐蚀钢轨U68CuCr（/%:0.65~0.75C,0.40~0.80Si,1.00~1.30Mn,≤0.030P,≤0.025S,≤0.50Cu,≤0.50Cr,≤0.05Nb）。试验结果表明,耐蚀钢轨U68CuCr抗拉强度≥1060 MPa,伸长率≥12%,踏面硬度HB值为300~310,珠光体片间距为0.2μm,耐磨性能优于同一强度级别的U75V钢轨。2%NaCl溶液腐蚀试验显示,耐蚀钢轨U68CuCr腐蚀速率为U75V钢轨的57%。在京广线使用3年,通过总重量超过3亿吨,耐蚀钢轨U68CuCr使用性能良好,其各项指标均满足铁路运输要求。     

攀钢PD260Kg／m全长淬火轨闪光焊焊接性能的评定

实测了钢轨闪光焊接热循环和焊接CCT曲线。采用模拟的方法,研究在连续冷却条件下,特定的焊接HAZ综合性能的变化情况,其中包括HAZ的组织变化情况,HAZ的强度、韧性、接头的硬度及其分布等。试验研究表明,PD_260kg/m全长淬火钢轨具有良好的闪光焊焊接性能。