EA4T车轴钢的高周和超高周疲劳性能研究

研究了2组EA4T车轴钢的高周和超高周疲劳性能,一组是现车用的欧系EA4T车轴试样,一组是试验用车轴钢25Cr Mo4试样。采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验,结果表明,当应力水平较低时,2批试样均未发生108周次的疲劳断裂。疲劳断口的扫描电子显微镜观测显示,裂纹均从试样表面起源。S-N试验数据结果比较表明,试验用的车轴钢25Cr Mo4具有更好的疲劳性能。     

高速列车空心车轴国产化的选材和试制

通过剖析日本和欧洲(意大利、法国)产的车轴和对照国内外采用的相关技术标准,调研分析国内相关产品生产企业的装备和能力,从国内需求、材料的性价比和加工工艺的可行性等多方面考虑,确定国产高速列车空心车轴采用低合金钢材料和调质处理的热处理工艺。研发出了具有我国自主知识产权、分别适用于时速200~250和300~350km的国产化EA4T和EA4Tplus钢的空心车轴,其小试样的常规力学性能和疲劳性能均超过解剖的国外同等级车轴,特别是其缺口疲劳性能和低温冲击性能更优,并都通过了全尺寸实物疲劳试验。另外,还成功试制了30NiCrMoV12钢车轴,其成套技术可为今后车轴的选用提供参考。     

沟槽性缺陷对EA4T车轴钢疲劳性能影响规律研究

为研究沟槽类缺陷对EA4T车轴钢疲劳性能的影响规律,用线切割方法在试样上预置沟槽性缺陷,采用旋转弯曲试验方法测定光滑试样和含缺陷试样疲劳性能,绘制光滑和含缺陷试样的S-N曲线。通过扫描电子显微镜观察不同深度缺陷的疲劳断口,运用修正的Murakami模型预测试样疲劳强度。结果显示:疲劳裂纹萌生于预置缺陷处,缺陷尺寸对疲劳性能有显著影响,疲劳极限随着缺陷深度的增加而降低,疲劳强度的预测值与实际值的误差范围在20%之内。     

含异物击打伤高速动车组车轴疲劳寿命预测

基于高速动车组EA4T车轴疲劳小试样,采用正方体状钨钢弹丸高速冲击其表面,以模拟车轴表面异物击打伤;采用旋转弯曲疲劳试验方法进行光滑和缺陷试样疲劳性能试验;采用Abaqus软件,模拟分析缺陷附近区域的残余应力;构建基于疲劳指示参数(Fatigue Indicator Parameter,FIP)的缺陷小试样和含击打伤实物车轴疲劳寿命预测模型,并进行台架试验验证。结果表明:小试样疲劳寿命试验数据均在预测值的2倍线内,实物车轴疲劳寿命预测模型与车轴台架试验结果一致,小试样和实物车轴疲劳寿命模型预测结果准确;动车组动力车轴运用检修中深度小于1.0 mm的击打伤类缺陷可不做打磨或其他处理。     

车轴疲劳性能计算

通过总结前期实验检测数据,运用经验公式,根据EN 13261-2009标准中的缺口尺寸,对EA1N、EA1T、EA4T、30Ni Cr Mo V12等四种欧洲牌号及国产35Cr Mo A车轴的光滑试样疲劳极限值、缺口疲劳极限值以及疲劳缺口系数进行了计算。     

高铁车轴强度设计及全尺寸疲劳试验方法比较

高铁车轴是高速铁路列车的关键技术之一,是关系到列车运行安全性、可靠性的重要结构,世界各主要铁路发达国家都已形成了比较系统的车轴强度设计方法和规范。文章对比分析了欧洲和日本的相关标准在高铁车轴设计原理上存在的差异,介绍了国内外车轴疲劳试验装置和试验方法,给出了改善疲劳性能的主要对策及建议。     

40Cr钢超高周疲劳性能及疲劳断口分析

采用超声疲劳试验方法研究40Cr钢在105周次～1010周次范围内的疲劳性能,其载荷频率为20kHz。用扫描电子显微镜分析了疲劳断口形貌特征。结果表明,40Cr钢的S N曲线始终保持下降趋势,且随疲劳循环数的增加,在106周次处并没有传统意义上的水平段;107周次疲劳强度为443MPa,1010周次疲劳强度为235MPa,二者存在明显差别;超声疲劳断口的扫描电子显微分析结果表明,40Cr钢超声疲劳断口显微形貌与常规疲劳载荷下的疲劳断口形貌无明显差异,疲劳裂纹在光滑试样表面或近表面材料缺陷处萌生,扩展区断口显微形貌观察到明显的疲劳辉纹。     

EA1T车轴热处理工艺研究

主要叙述了EA1T车轴产品相关标准要求及一种EA1T车轴产品热处理工艺参数的摸索试验过程,并提供了一套合理的热处理参数。     

LZ50车轴钢超长寿命旋转弯曲疲劳性能

使用旋转弯曲疲劳试验机在室温空气中测试LZ50车轴钢的S-N曲线以获得其在超长寿命区域的疲劳性能.结果显示,材料在弯曲5×106～109次时达到疲劳极限;在高于疲劳极限的应力范围,材料的S-N曲线满足三参数方程.对材料表面及断口的观察表明,疲劳裂纹始于材料表面铁素体组织,裂纹起始位置的断口上没有夹杂物等材料缺陷存在.上述结果与既有文献报道的研究结果不同,既有文献认为夹杂物在超长寿命区引起疲劳破坏.为了阐明LZ50车轴钢中夹杂物是否会引起材料在超长寿命区的疲劳破坏,使用测定的裂纹扩展门槛值和断裂力学理论分析了夹杂物引起车轴钢疲劳裂纹扩展的临界尺寸.     

电力机车车轴热处理工艺的研究

分析了EA4T钢的性质特征以及传统调质处理工艺所存在的问题,系统地研究了正火、淬火及回火工艺对材料的组织及性能的影响规律。通过系统的实验,探索出了DJ4型机车车轴的最佳热处理工艺参数。     

高速铁路钢桥的低温脆性断裂评估

基于断裂力学理论,提出采用损伤容限法的高速铁路钢桥低温脆性断裂评估方法。采用Euoro-code3确定正交异性板钢桥面的有效宽度和等效疲劳应力幅,应用断裂力学的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,按照同时考虑脆性断裂和塑性屈服断裂影响的R6破坏模式确定设计应力强度因子,根据裂纹的长度、冲击功和转变温度确定含裂纹钢板在不同温度下的断裂韧性,并考虑板厚对冲击功的影响,桥梁结构中焊接残余应力、列车速度、钢板弯曲成型等因素对钢桥低温脆性断裂的影响。该方法适用于无试验条件确定含裂纹钢板低温断裂韧性情况下的低温脆性断裂评估,也可用于钢桥的疲劳强度降低程度、使用寿命内检查次数和焊缝修补次数的确定。应用此方法对欧洲某高铁钢桥的钢横梁下翼缘进行-40℃条件下的低温脆性断裂评估结果表明,当列车速度大于150km.h-1且钢横梁、钢吊杆等局部构件活载应力在70MPa以上时,等效降温已经达到-5℃以上,此时必须考虑列车速度对其脆性断裂的影响,而对应变速率小于0.002 5s-1的构件可以不考虑列车速度对脆性断裂的影响。     

高强度热处理钢轨闪光焊接头断裂原因分析

国内一重载铁路服役过程中高强度热处理钢轨闪光焊接头发生断裂。采用体视显微镜、光学显微镜和扫描电镜对断口宏微观形貌、金相组织等进行检验,分析接头断裂原因。结果表明:接头断裂是在循环载荷作用下的疲劳断裂,接头轨底脚严重氧化的黑色区域是裂纹源区;由于顶锻量过大,焊接流线升角达到71.5°,在车轮的循环载荷作用下,接头轨底脚沿流线逐渐开裂氧化,并以此为疲劳源向轨底中心区缓慢疲劳扩展,最后导致接头瞬间脆性断裂。     

动荷载与水耦合作用下无砟轨道混凝土层间裂纹扩展研究

随着高速铁路的大范围应用,无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的水致损伤问题备受关注。为研究列车荷载与水耦合作用下无砟轨道层间裂纹扩展现象,运用有限元软件进行无砟轨道层间裂纹扩展分析,开展动荷载与水耦合作用下的混凝土层间裂纹扩展试验。研究结果表明:裂纹尖端疲劳寿命与列车速度呈二次方关系,随列车轴重增加,裂纹尖端疲劳寿命显著降低;裂纹尖端剪应力随裂纹深度增大呈高次方增长;裂纹扩展初期尖端多呈一定弧度,裂纹局部会伴有压溃现象;混凝土层间裂纹沿界面扩展时为折线形,并可能会产生裂纹分叉,最终导致裂纹面掉块现象发生。     

加载波形对LZ50车轴钢疲劳裂纹扩展行为的影响

在三角波、正弦波、方波3种加载波形下对LZ50车轴钢紧凑拉伸试样开展疲劳裂纹扩展试验,采用扫描电镜观察断口形貌,并结合试验数据分析加载波形对裂纹尺寸增量和扩展速率的影响。结果显示:加载频率较高时,疲劳裂纹扩展行为对波形的敏感性较低,断口形貌基本相同;加载频率较低时,波形对疲劳裂纹扩展行为的影响增大,断口形貌出现差异;稳态扩展区以疲劳条带为主要扩展机制,三角波加载下的疲劳条带间距明显小于其他2种波形,其失稳扩展区形貌以韧窝为主,且韧窝较其他2种波形下的小且浅。同时,基于LS-DYNA软件和节点位移外推法对CT试样在3种加载波形下的应力强度因子进行计算和分析。结果表明:仿真分析波形对疲劳裂纹扩展的影响机制与试验结果基本一致。     

轮轴过盈配合面损伤分析及对策

轮轴过盈配合面的微动损伤常常导致车轴产生裂纹甚至断裂,为了避免以往用高压退轮的方法带来的2次损伤,采用原位剖切的方法,将车轴与轮毂配合分离来观察分析轮座表面损伤的基体特征。结合对配合面的显微观测和力学分析对损伤进行分析,结果表明:在复杂的载荷作用下,RD2型车轮与车轴轮座接触边缘发生复合微动,配合面的2个接触边缘存在一个宽度约20 mm环状磨损区域,并伴有微裂纹的形成,破坏特征完全符合微动疲劳磨损机制。评述和比较了现有的车轴抗微动损伤的措施,并提出了自己的建议,对深入研究车轴损伤机制及预防措施提供理论基础。     

SS3B电力机车车轴轮座显微裂纹分析及对策

进行了SS3B电力机车车轴的计算分析 ,结合微动疲劳理论分析了车轴轮座内侧产生显微疲劳裂纹的原因 ,提出了采用使车轴表层形成压应力和提高车轴强度的方法 ,提高SS3B电力机车车轴寿命的对策。     

空心车轴不同形状比裂纹应力强度因子的仿真研究

空心车轴在运用中可能会出现意外损伤而诱发表面裂纹。应力强度因子是预测裂纹扩展情况的重要参数。本文分析了空心车轴的运用载荷,根据所测载荷谱,采取有限元方法计算车轴横截面的应力分布情况。采用四分之一20节点等参退化奇异单元模拟裂纹前缘的应力奇异性,建立空心车轴表面裂纹扩展的有限元模型,并对裂纹前缘进行离散,实现正交扩展,得到不同步扩展的裂纹前缘。在此基础上对裂纹前缘不同位置的应力强度因子进行计算分析,得出不同初始形状裂纹前缘扩展中的应力强度因子分布规律。计算结果表明,具有不同初始形状的裂纹,随着裂纹的扩展,裂纹形状将趋于某一形状比范围内。与解析方法计算的结果比较,二者基本吻合。     

上海轨道交通9号线车辆转向架轴箱吊耳失效分析及优化建议

针对上海轨道交通9号线车辆转向架轴箱吊耳出现裂纹和断裂问题,分析了轴箱吊耳材料的化学成分,建立了轴箱吊耳有限元模型,校核了其静强度和疲劳强度。结合线路轮轨振动试验,获得了实际的轴箱吊耳振动数据,综合评估分析了转向架轴箱吊耳断裂失效原因。确定共振是引起轴箱吊耳断裂的主要原因。提出了尺寸优化、结构优化和改善线路状况等可行的优化建议。     

大轴重下钢轨铝热焊接头伤损原因与改进措施

通过宏观形貌观察、化学成分测试、踏面硬度测试、显微组织观察、扫描电镜分析、能谱成分测试等方法,结合铝热焊接头服役过程中的平直度数据,对35.7 t轴重重载试验条件下半径350 m曲线上股的铝热焊接头伤损进行分析,并对铝热焊焊接工艺进行优化试验.结果表明:断口裂纹源附近的疏松缺陷是焊接接头轨距角剥离裂纹伤损产生的原因;焊...