高速轮轨损伤及材料优化匹配研究进展

随着我国高速铁路的快速发展,轮轨损伤现象变得越来越严重,直接危及高速列车的行车安全。从轮轨材料损伤从发,综述轮轨损伤形式及国内外研究状况;根据轮轨磨损与滚动疲劳损伤之间的耦合作用关系,提出急需进行高速轮轨材料优化匹配的滚滑试验研究,以降低我国高速轮轨损伤。     

轮轨磨损的试验研究

通过要用赫兹试验模拟的方法,在JD－1轮轨模拟试验机上进行了车轮轮对与钢轨磨损的试验研究。根据试验结果,指出蠕滑率,轴重以及总的循环次数是影响轮轨磨损的主要因素。     

浅析材料硬度与耐磨料磨损性的关系

<正> 几十年来,许多学者对材料的各种性能进行测定.力图找到这些性能与材料的耐磨性的相关关系,建立起能广泛应用于抗磨料磨损选材的通用公式,为机械装置、零件的选材提供可靠的依据,这些工作包括材料的硬度与磨料硬度比植;材料磨后最高硬度与磨料硬度的比值;材料的弹性模量与材料屈服极限比值;材料的抗裂纹扩展能力;材料的应力疲劳与应变疲劳强度;材料的抗剪强度……等各种各样的性能.在建立与耐磨性相关关系时,发现材料的硬度与耐磨料磨损性的关系不完全成线性关系.     

轮轨材料匹配摩擦学试验研究

根据赫兹接触理论,使用MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机对3种含碳量不同的车轮材料分别与U71Mn热轧钢轨进行匹配试验,研究其磨损与接触疲劳性能并进行微观形貌分析.结果表明:车轮钢材料的耐磨性与硬度成正比;随着轮轨材料硬度比增大,磨损机制由黏粘着和疲劳磨损转变为磨粒磨损.     

表面硬化对地铁轮轨磨耗性能影响的实验研究

针对地铁轮轨的表面硬化问题,为了进一步降低轮轨的磨耗,通过对某实际运营线路中的钢轨和两种不同车轮钢的摩擦磨损进行实验研究,探讨了材料表面硬化对轮轨耐磨性的影响规律。首先,采用了赫兹模拟准则,对典型工况下地铁车辆的轮轨接触情况进行了模拟;然后,选取了某地铁线路现役的轮轨材料作为研究对象,并确定了其垂向载荷、运转速度和轮轨试样尺寸等实验参数;最后,采用GPM-60摩擦磨损实验机搭建了测试平台,进行了轮轨接触模拟实验,分析了表面硬化与地铁轮轨磨耗性能之间的规律。研究结果表明：车轮试样的磨耗率随表面硬化程度提高而下降,初始硬度较高的微合金化地铁车轮钢表现出更高的表面硬化程度和更好的耐磨性,相较于CL60钢,其磨耗率可降低35.1%,与其匹配的钢轨磨耗率可提高7.8%,轮轨总磨耗率可降低1.6%;建议在运营初期,对轮轨接触面进行喷丸强化处理,预先提高其表层硬度,以减少轮轨磨合阶段时间和初期磨耗量。     

不同工况下轮轨材料间的摩擦磨损行为

在MMS-2A型滚动摩擦试验机上研究了干态、水态和水砂态三种工况下轮轨材料间的摩擦磨损行为,分析了轮轨试样表面的损伤情况。结果表明:相比于干态,水会使轮轨材料间的摩擦因数、磨损量明显下降;水介质中撒砂可增加轮轨材料间的滚动摩擦因数和磨损量,且加重了轮轨表面的损伤,水砂态试验中的干摩擦会使摩擦因数恢复到干态下的正常水平;随水态、干态到水砂态工况的变化,车轮试样表面从粗糙凸起并伴有轻微剥落向严重剥落损伤转变,钢轨材料的表面损伤主要表现为片层状剥离并伴有剥落现象,但较车轮材料的剥落损伤程度轻。     

硬度与金属组织对超声波加工工具材料磨损的影响

通过对玻璃进行超声波加工,研究了硬度,金属组织对超声波加工工具材料磨损影响的规律。试验表明磨损率是由多因素决定的,硬度与其磨损率呈非线性关系。金相组织也是影响磨损率的因素之一,在试验条件下中碳钢中综合力学性能好的金属组织磨损率较低。     

干式硬态切削不同硬度材料下刀具磨损的预测分析

运用AdvantE dge软件提供的用户自定义Johnson-Cook模型和Usui磨损模型建立不同淬硬状态工件材料模型和刀具模型。对干式硬态车削过程进行有限元分析,得到PCBN刀具切削不同硬度Cr12MoV工件时刀具前刀面切削压力和切削温度,并判断出刀具磨损的变化规律。通过模拟分析得到模拟规律与实验规律基本符合,为工件材料的硬度选取提供合理参考。     

基于轮轨匹配的车辆横向稳定性分析

为使车辆横向稳定仿真分析更好地体现其特殊的自激振动意义,提出一种基于轮轨匹配的横向稳定性分析新方法.与轮对几何接触相比,自由轮对接触过程(接触几何/力学)可以得到更加精确的匹配计算结果.结合地铁车辆实例,运用临界速度线性分析方法给出车辆临界速度随等效锥度的变化曲线.若轮轨匹配合理,临界速度的线性结果与非线性仿真验证相吻合.临界速度的非线性影响主要取决于轮轨匹配,当轮对蛇行稳定极限环很小时其非线性影响不可忽视.除轮轨匹配外,利用临界速度线性分析方法给出轮对质量、一系悬架纵向和横向刚度、横向减振器阻尼3个参数对临界速度的敏感影响,并提出地铁车辆在既有线路提速的优化方案.     

印度RMGL项目地铁车辆轮轨匹配关系研究

针对印度RMGL项目轨道条件,分析对比了两种不同踏面形状与该钢轨匹配关系,并通过改变轮对内侧距,对比不同轮轨接触关系和动力学性能,以优化轮轨接触关系,改善车辆动力学性能.     

不同载荷下水润滑高分子材料磨损机制的试验研究

为了研究载荷对新型水润滑高分子轴承材料磨损机制的影响,在CFT-1型摩擦磨损试验机上对该材料进行不同载荷下的无/有水润滑摩擦磨损试验,通过考察试样的摩擦因数、磨痕和磨损表面形貌,分析该材料的磨损机制。结果表明:在无水润滑条件下,该材料的摩擦因数随着载荷的增加呈现先降低后逐渐上升的变化趋势,磨损表面均出现塑性变形和撕裂脱落现象,磨损机制主要为黏着磨损,其中随着载荷的增大表面塑性变形趋于严重,而表面撕裂脱落在中等载荷下较为轻微,在低载荷和高载荷下较为严重;在水润滑条件下,该材料的摩擦因数随着载荷的增加也呈现出先下降低后急剧上升的趋势,磨损表面未发生塑性变形和撕裂脱落,但出现脱落的磨粒和犁沟,磨损机制主要为磨粒磨损,其中在中等载荷下,表面脱落的磨粒少、犁沟细小而浅,在低载荷和高载荷下表面脱落的磨粒多、犁沟深。     

高速铁路轮/轨材料匹配性能研究

在研究高速铁路钢轨/车轮材料时,提高钢轨或车轮材料硬度可减少磨损,但单方面提高钢轨或车轮材料硬度,会导致与之配合的车轮或钢轨损伤更为严重,因此研究轮轨的匹配问题十分重要。研究根据赫兹接触理论,在MMS-2A磨损试验机上模拟不同钢轨和车轮匹配时的服役过程,并采用扫描电镜观察磨损表面,分析不同材料轮轨匹配服役后的损伤情况。结果表明:随着钢轨材料的含碳量增加,其磨损量下降,但与其相配的车轮的磨损量却随之增加;随着模拟轮轨硬度比的增加,摩擦副的总磨损量呈上升趋势。因此,为了取得摩擦副整体优良的使用性能,应该选择适当的钢轨钢和车轮钢,以达到轮轨之间最佳的硬度匹配。     

微型汽车离合器摩擦材料磨损机制的研究

根据定速式摩擦试验机GB/5763-98国家试验标准,设计了适合研究微型汽车摩擦材料摩擦性能的小样试验;对试验数据进行分析,通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜(SEM)分析等手段,对材料的磨损量的变化情况及摩擦面工作层的形成进行分析。结果表明:微型汽车离合器的滑动磨损行为分为轻微磨损和严重磨损,轻微磨损摩擦表面比较粗糙,而严重磨损摩擦表面相对光滑或摩擦噪声明显;轻微磨损以氧化磨损、磨粒磨损为主,伴随着黏着磨损,严重磨损以由严重塑性变形引起的磨损和黏着磨损、磨粒磨损为主。     

横移量、摇头角对轮轨滚动接触行为的影响研究

基于非Hertz滚动接触理论利用数值计算方法详细分析了静态接触情况下,横移量和摇头角对轮轨接触质点间蠕滑力、接触斑粘滑区的分布、等效应力的影响.通过数值计算表明:横移量、摇头角的变化对轮轨滚动接触行为的影响是同时存在并且相互影响的.随着横移量的增加,接触斑的滑动区逐渐增大,粘着区面积逐渐减小,横向移动分量逐渐增大,最大应力值逐渐减小;随着摇头角的增大,接触斑上滑移区面积和最大剪应力和等效应力值均逐渐增大,直至接触斑处于全滑动状态,当轮轨接触斑上的切向力达到饱和时,摇头角对接轮轨接触斑上的蠕滑力、粘滑区分布和应力分布没有影响,计算结果对研究轮轨滚动接触疲劳提供一定的参考价值.     

激光熔覆对轮轨材料摩擦磨损性能的影响

利用CO 2激光器分别在车轮和钢轨材料表面熔覆一层钴基合金粉,分析熔覆层的微观组织结构和显微硬度,利用MMS 2A摩擦磨损试验机研究轮轨材料激光熔覆钴基合金粉前后的摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆可获得厚度1 mm左右无气孔、裂纹且与基体冶金结合的优质激光熔覆层,熔覆层组织主要由γ Co、Cr 23 C6等相构成,熔覆区主要有平面晶区、胞状晶区、树枝晶区;车轮和钢轨熔覆层的显微硬度分别比基体提高了43%和45%,激光熔覆后的轮轨摩擦磨损性能明显优于轮轨基体,耐磨性能比轮轨基体提高约4倍,激光熔覆后轮轨的磨损机制主要表现为磨粒磨损.     

气氛环境下材料摩擦磨损行为研究进展

综述了国内外近年来气氛苛刻环境条件下材料摩擦磨损行为研究成果,总结了金属及合金材料、复合材料、陶瓷材料、涂层材料等在气氛环境下的摩擦学性能及磨损机制,阐述了气氛环境材料磨损机制分析方法,提出了研究中存在的问题和今后的研究方向.     

液化气钢瓶热处理和材料硬度关系的试验研究

对于民用液化石油气钢瓶的整体安全性评定,过去主要是用爆破测定体积膨胀率的方法(要求容积变形率大于10%),这种方法适用于出厂新瓶,对于在役的旧瓶,由于生产和管理上的原因则不能用爆破抽样分析的方法来判别。1980年以前生产的钢瓶因为热处理较差,尤其需要认真定期检查,因此,寻找一种简易的方法来对在役再用钢瓶的抽检就显得十分重     

车轮材料对轮轨系统匹配性能的影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究4种含碳量不同的车轮材料分别与PD3热轧钢轨进行匹配的磨损与疲劳性能。结果表明：随着车轮材料的含碳量增加,硬度增大、耐磨性增强,导致磨损量降低,轮轨系统的磨损量呈现先减小后增大的趋势;车轮试样的塑性变形层厚度随含碳量的增加而减小,抗疲劳性能加强;车轮试样表面由严重剥落损伤向轻微剥落转变,伴随有一定的黏着磨损;钢轨试样表面以剥落磨损为主。     

高速切削刀具材料及其与工件匹配研究

实现高速切削加工,刀具材料是关键。目前国内外用于高速切削加工的刀具材料主要有聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、TiCN基金属陶瓷和涂层刀具等。本文介绍了这些高速切削刀具材料各自的特点和应用范围,分析了高速切削刀具材料与工件材料的匹配,并阐述了针对常用工程材料的高速切削加工和刀具材料的合理选择。     

两种不同硬度匹配齿轮的接触疲劳强度试验研究

本文对齿面硬度在３２０－３６０ＨＢＳ齿轮进行了两种不同的硬度匹配，通过试验研究，提出了中硬齿轮材料在不同的硬度配对下的接触疲劳极限应力及Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线簇，并对其失效做了分析。