轮轨接触表面微裂纹的扩展

在考虑轨道表面的微观粗糙度情况下,研究了U71Mn钢轨表面微裂纹的扩展问题.利用大型有限元程序ANSYS建立了具有表面微裂纹的轮轨接触二维有限元模型.在轮轨接触区引入接触单元模拟轮轨的接触,并在裂纹面上也引入了接触单元,模拟裂纹面的张开和闭合.在裂纹尖端引入了奇异单元,以研究裂尖应力强度因子,计算中考虑了钢轨材料的非线性和接触边界的非线性.通过计算,获得了轮轨接触压力分布,并获得了轮重为5和10t时,车轮滚动到不同位置处的钢轨表面微裂纹的裂尖应力强度因子.结果表明:在车轮碾压过程中,钢轨表面微裂纹只在接触斑边缘附近时才会张开,其他位置微裂纹是闭合的;随着轮重的增加,裂纹由复合型转为以Ⅰ型为主;5t轮重作用下钢轨表面微观裂纹不会扩展,而在10t轮重作用下钢轨表面微裂纹会发生扩展,但不会出现快速断裂.     

高氮轴承钢高温疲劳性能与裂纹萌生扩展机理

200℃下,40Cr15Mo2VN高氮轴承钢旋转弯曲疲劳性能测试结果表明其安全疲劳极限强度为883MPa,较室温条件下降了17%。通过SEM疲劳断口观察发现,疲劳破坏类型主要为表面缺陷起裂和内部非金属夹杂物起裂。与室温相比,200℃条件下疲劳应力强度因子门槛值ΔKth下降了20%,导致疲劳裂纹起始的临界非金属夹杂物尺寸减小;200℃条件下表面起裂中疲劳源附近细小裂纹的相互作用使得应力强度因子KI增加,加速表面初始裂纹扩展。同时,根据高氮轴承钢中非金属夹杂物所在位置的名义应力幅度与缺陷疲劳极限强度的比值,分析了非金属夹杂物尺寸、位置及温度对疲劳寿命的影响。     

钢轨的抗接触疲劳伤损性能研究

研究了一种与常规的金属材料接触疲劳性能试验不同的,更接近线路钢轨轮轨接触状态的钢轨接触疲劳试验方法,对不同钢轨在车速160 km/h、半径800 m、轴重25 t条件的抗接触疲劳伤损性能进行模拟试验研究.结果表明,在一定的试验(工况)条件下,裂纹萌生和扩展速率较低、磨损量大的钢轨接触疲劳伤损相对较轻.在试验的几种钢轨中1 000 MPa级的U75V热轧钢轨接触疲劳伤损最重.根据各钢轨的接触疲劳伤损特点,1 300 MPa级热处理钢轨适宜在小半径的重载线路上使用,强度和裂纹扩展速率低的钢轨适宜在高、快速线路上使用.     

XFEM研究304不锈钢单边裂纹的高周疲劳扩展

为了研究金属微裂纹材料在较低的循环应力水平下的使用寿命,通过裂纹尖端奇异点的XFEM方法和Paris疲劳裂纹扩展理论研究了304不锈钢薄片样本的单边裂纹疲劳扩展行为,分别通过试验和数值模拟分析了高周疲劳应力循环下的裂纹扩展情况。结果表明,试验样本的总疲劳循环寿命约为1 180 000次。模拟的裂纹扩展速率与实际的试验扩展速率吻合度较好,通过XFEM计算出的裂纹增长数值解与应力强度函数确定的解析解在全区有较好的非线性拟合度,但是由于随着裂纹长度的不断增加,裂纹尖端应力强度因子的运算不稳定性增大,导致在III区中,数值解与解析解的?K值出现了非线性拟合度降低的趋势。     

具有不同梯度晶粒组织的粉末高温合金疲劳小裂纹扩展原位观察

采用扫描电子显微镜原位观察的方法对某第三代粉末高温合金不同微观组织的疲劳裂纹萌生和小裂纹扩展行为进行了研究，揭示了双性能粉末涡轮盘轮缘（粗晶组织）、轮心（细晶组织）及晶粒过渡区（梯度结构组织）的微观组织对疲劳小裂纹扩展的影响规律。结果表明：缺口处的一次强化相易成为裂纹萌生位置，其中梯度结构组织呈现出从晶界处开裂的多裂纹萌生特征。对于梯度结构试样，室温下的小裂纹扩展行为受微观结构影响显著，疲劳裂纹扩展速率波动较大。在应力强度因子范围较低时，粗晶试样的裂纹扩展速率高于细晶；随着应力强度因子范围逐渐增大，细晶试样的疲劳裂纹扩展速率增加更快，并高于粗晶试样；这与较长的滑移路径、增强的滑移可逆性和较少的晶界阻碍、减弱的不连续度之间的竞争机制相关。     

ZL111材料疲劳裂纹扩展速率试验

应用Instron1341电液伺服试验机进行了ZL111材料的裂纹扩展速率试验,利用Paris公式分析了该材料的裂纹扩展试验数据,结果表明:可以利用Paris公式获得的疲劳裂纹扩展速率公式计算指定应力强度因子幅下裂纹扩展速率.     

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。     

铸造奥氏体不锈钢的疲劳裂纹扩展

用紧凑拉伸试样研究了载荷比、单峰过载和两步高-低幅加载对Z3CN20-09M铸造奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展速率的影响.当应力强度因子范围相同时,疲劳裂纹扩展速率随载荷比的增大而增大.单峰过载使裂纹扩展速率先有短暂的增加后长距离的减速扩展,出现裂纹扩展迟滞现象.两步高-低幅加载时,若两步的最大载荷不同,第二步裂纹扩展也会出现迟滞现象.用两参数模型和Wheeler模型能够预测恒幅载荷和变幅载荷下的疲劳裂纹扩展行为.      

环境对316L钢塑性疲劳短裂纹萌生与扩展行为的影响

研究在对称恒幅塑性应变（Ｒ＝－１，△εＰ＝２×１０－３控制下，真空条件及温度效应对３１６Ｌ钢的塑性疲劳短裂纹萌生和扩展行为的影响。通过观测表面主裂纹长度及裂纹密度随循环周次发展规律给出材料表面损伤的定量分析。结合对表面主裂纹长度与深度的分析建立起疲劳短裂纹前沿扩展速率与循环Ｊ积分及基于塑性应变控制下等效应力强度因子的关系。     

高强度织构对2524铝合金疲劳性能的影响

对分别含有高强度高斯织构和高强度立方织构状态的2种2524-T4铝合金板材的疲劳裂纹扩展速率和短裂纹扩展行为进行研究,用扫描电镜(SEM)观察疲劳试样断口形貌和疲劳短裂纹的扩展路径,研究织构类型对合金疲劳性能的影响。结果表明:高斯取向晶粒能够提高材料疲劳裂纹扩展的门槛值及增强疲劳裂纹的扩展抗力,使材料在更高的应力强度因子下发生失稳扩展;而高强度立方织构对疲劳性能的影响相对较小。在近门槛区,高斯晶粒通过裂纹偏转的形式有效阻碍短裂纹扩展,在稳态扩展区,高斯晶粒能明显降低疲劳裂纹的扩展速率,高斯织构还能延长合金疲劳裂纹稳态的扩展区,提高合金的疲劳损伤容限。因此,高强度高斯织构的2524-T4铝合金板材比立方织构的合金具有更好的疲劳性能。     

Influence of Inclusion on Crack Initiation in Wheel Rim

 Speed increase and heavy-haul of the railway freight car are the effective measures to raise the transport ability of railway, and they have been the new trend for railway freight car development. The increase of speed and axle load will lead to the increase of wheel-rail contact stress, which will make a great change of stress distribution in the whole wheel rim. Goodier equation was employed to analyze the stress state around inclusion and cavity. In the operation of wheel-rail contact stress, stress concentration occurred in the pole of Al2O3 spherical inclusion, while it appeared on the equator of cavity. The critical inclusion sizes of 25t axle load freight car wheel at different velocities, a certain distance away from the tread, were calculated by Murakami equation. By contrast the inclusion state in cast-steel wheel and rolled-steel wheel, the inclusion character in cast-steel wheel determined that it has much more excellent crack resistance than that of rolled-steel wheel. In the meantime, in order to reduce the probability of rim crack, some suggestions were put forward.     

Influence of Rare Earths on Contact Fatigue of Rail Steels

Ｗｅａｒａｎｄｓｈｅｌｌｉｎｇａｒｅｔｗｏｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｍｓｏｆｄａｍａｇｅｆｏｒｒａｉｌｓｔｅｅｌｓｓｏｔｈａｔｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｓａｒｅａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｍ[1～4].Ｍａｎｙｏｆｔｈｅｓｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｗｅｒｅｌｉｍｉｔｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｗｅａｒａｎｄｔｏｓｕｒｖｅｙｉｎｇｔｈｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｕｒｆａｃｅｓａｎｄｏｎｌｙａｆｅｗｏｆｔｈｅｍｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ,ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌ…     

车轮钢摩擦热影响区的相变及其损伤机理

将有限元热力耦合一温度场分析与材料相变特征的实验研究相结合，研究了高速度(200kin／h)、大载荷(10^5N)条件下车轮摩擦热影响区的相变过程，探讨了材料对该过程的影响。结果表明，轮一轨摩擦导致的车轮踏面局部升温可超过材料的奥氏体相变的临界点，碳含量为0．5％时，完全奥氏体化层的深度可达0．6mm；过冷奥氏体高速冷却，几乎全部形成脆硬的马氏体薄层，造成踏面剥离。通过降碳来降低车轮钢奥氏体相变的临界点，可以显著抑制踏面马氏体层的形成。随着碳含量从0．7％降至0．4％，材料的Ae3提高45℃，马氏体层的厚度减小30％，有助于减少车轮踏面的热疲劳损伤。     

稀土对钢轨钢接触疲劳的影响

利用接触疲劳磨损试验机械钢轨／车轮接触疲劳作用,了钢轨钢接触疲劳表面区剖面的形貌,显微结构和硬度。结果表明,稀土可延缓钢表面疲劳裂纹的萌生和扩展,推迟表面剥离,减小裂纹贯穿角和裂纹稳定贯穿,缩小塑性化形范围和改善表面加工硬化效果。     

50 kg/m钢轨踏面掉块缺陷分析

 50 kg/m钢轨在使用一段时间后踏面出现掉块缺陷。采用光学显微镜、图像仪和低倍检验等方法对钢轨踏面掉块缺陷产生的机理进行了分析和研究。结果表明,掉块缺陷的形成是由于钢轨滚动接触疲劳伤损所致。改善轮轨接触方式,减少钢轨踏面的轮轨接触应力,可以减缓曲线钢轨踏面压溃、剥离裂纹和浅层状剥离掉块伤损的出现,通过对钢轨进行及时的预防性打磨,是预防和减轻滚动接触疲劳伤损的最有效方法。     

Study on Match Relationship between Rai l and Wheel

The match relationship between rail and wheel was studied by investigating the behavior of the contact fatigue wear in rail/wheel systems. The hardnesses of samples were close or equal to that of the real rail and wheel. Meanwhile the probe of study went further into the condition match and the material match based on the hardness match. The experim ental results show that the wear rate depends on the hardness ratio (HR/ HW) between rail and wheel, and the safe value of HR/HW equals 1 .00-11.20. The fatigue life of materials relies on the operating conditions except hardness. The selected experimental conditions satisfy the condition match except R1 heat-treated out-line. The factor H/S-1/2 is the main element effecting wears in rail steel and wheel steel. The nature of the har dness match is the microstructure match under specified operating conditions.     

钢轨钢的滚动接触疲劳

钢轨钢的接触疲劳一直为铁路运输部门和研究机构所重视。轮－轨经过长时间滚动接触会导致轨面剥落,产生疲劳。本综述了钢轨钢的滚动接触疲劳特征及其原因,探讨了提高钢轨钢接触疲劳寿命的途径。     

氧化锆增韧氧化铝在水润滑条件下的摩擦学特性研究

通过研究氧化铝(F99．7)对氧化锆增韧氧化铝(ZTA)摩擦副在水润滑条件下的的摩擦学特性，用扫描电子显微镜(SEM)观察了摩损表面形貌，用能量色散X射线分析(EDAX)对磨痕表面进行化学成分分析。结果表明，该摩擦副的摩擦系数和线磨损总量随载荷的增大而增大；当载荷为60N时，经过一定距离的运行后摩擦系数下降至0．24。同时显示在摩擦副的表面形成由磨屑组成的新表面层。     

车速对钢轨接触疲劳伤损的影响及高速线路钢轨选用

采用专门的试验机对不同线路条件钢轨的接触疲劳伤损特点进行模拟试验研究.结果表明,车速在200km/h以下时,随车速提高钢轨的磨损量减小、接触疲劳伤损加剧;车速达300km/h时,钢轨的磨损量和接触疲劳伤损均减轻.该试验结果得到了计算机仿真计算结果相符.通过对试验结果的分析,认为车速在200km/h以下的客货共运快速线路,宜选用强度为1 100MPa级的热处理钢轨;车速达300km/h左右的高速客运专线,应考虑选用强度较低、但裂纹萌生和扩展速率较低、KIC值相对较高的U71Mn热轧钢轨,或成分性能与之相类似的其它钢轨.