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。     

40 Cr钢和50车轴钢超高周疲劳性能研究及疲劳断裂机理探讨

在对称拉压超声疲劳试验装置基础上,开发研制非对称拉压超声疲劳试验装置和三点弯曲超声疲劳试验装置。采用超声疲劳试验方法,结合扫描电镜断口微观分析,对40 Cr钢和50车轴钢光滑试样和缺口试样,在超高周疲劳范围内的疲劳性能和疲劳断裂机制进行研究,主要研究成果如下。对40 Cr     

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。     

EA1T车轴钢热处理工艺及组织、性能研究

EA1T主要用于制造时速≤200 km列车车轴,调质处理作为其最终使用状态。通过对小试样(25 mm2)和大试样(140 mm2)进行热处理,研究不同热处理制度下的组织和性能,从而确定出EA1T的最佳热处理工艺,为车轴钢的安全应用提供保证。     

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。     

内部夹杂物缺陷对EA4T车轴钢裂纹萌生寿命的影响

根据EA4T车轴钢疲劳试验，建立基于滑移理论的体心立方晶体塑性理论框架，从介观角度研究车轴钢材料内部夹杂物对疲劳裂纹萌生的影响。模拟材料内部CaS球状夹杂物和Al₂O₃块状夹杂物附近应力分布规律。研究材料内部夹杂物对裂纹萌生寿命预测参数的影响，标定关键变量塑性应变能密度。以裂纹形成过程中能量的变化为切入点，研究不同夹杂物对裂纹萌生寿命的影响。结果表明：材料内部夹杂物缺陷形态以及弹性矩阵的差异是引起应力集中的主要诱因，对于EA4T车轴钢材料而言，Al₂O₃块状夹杂缺陷通常比CaS球状夹杂缺陷的对钢基体微观结构的破坏更严重，更容易萌生裂纹。     

超声频率加载下50#车轴钢超长寿命疲劳性能研究

利用20kHz超声疲劳试验方法,研究提速列车50#车轴钢的疲劳性能。超声疲劳试验结果表明,50#车轴钢不存在常规疲劳试验曲线所示的"疲劳极限",其S—N曲线表现出"二次下降型"特征,在超长寿命阶段,S—N曲线继平台之后又出现下降趋势。比较50#车轴钢的超声疲劳性能与常规疲劳性能,疲劳性能受频率影响,超声频率使材料疲劳强度提高。超声疲劳试验结果应用于常规疲劳强度设计时需进行强度修正,给出疲劳强度修正公式及修正系数。     

低温对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

为解决现行高铁车轴设计标准未考虑低温环境给高铁车轴的使用带来一定安全隐患的问题,运用旋转弯曲疲劳试验方法测试不同温度下试验钢疲劳性能,采用扫描电子显微镜观察疲劳断口,借助透射电子显微镜观察不同温度断口附近位错组态。结果表明:EA4T车轴材料应力敏感性与温度成反比,高于?80℃条件下EA4T车轴材料低温服役的疲劳性能优良,不会出现疲劳延—脆转变温度,安全可靠;随着温度的降低,自由位错数量减少,位错的产生与扩展被限制在体心立方(bcc)晶格密排位向内,位错开动所需驱动力阈值升高,疲劳裂纹在表面界面处萌生与扩展,扩展机制为滑移。     

高温氧化处理对气阀钢表面形貌及性能的影响

利用扫描电镜表面形貌分析以及硬度测试和阳极极化曲线分析等方法,研究了4Cr14Ni14W2Mo奥氏体气阀钢经不同温度高温氧化处理后表面形貌及硬度和耐蚀性能的变化规律。结果表明:4Cr14Ni14W2Mo钢经高温氧化处理后试样表面形成一层氧化物颗粒大小相当的氧化膜。与原始试样相比,经350℃和450℃氧化处理后试样表面的硬度将有所增加,并且随着氧化温度的继续增加,试样表面的硬度将下降;而经过高温氧化处理后耐蚀性能将降低。     

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。     

钢轨滚动疲劳裂纹与磨损耦合关系研究

随着高速、重载铁路的发展,轮轨滚动磨损与疲劳损伤严重影响列车的运行安全.本文在JD-1型轮轨模拟试验机上研究干态工况下2种钢轨材料在2种处理工艺下4种试样的滚动磨损及疲劳损伤性能,利用显微硬度计和扫描电子显微镜(SEM)对试样表面硬度变化、磨损量及疲劳裂纹形成情况等进行对比分析.结果表明,由于加工硬化作用试验后所有试样的硬度均有提高;热处理工艺对钢轨材料的磨损和疲劳性能具有明显影响;钢轨的抗磨损与抗疲劳性能是两种不同的材料特性,两者表现为相互竞争与制约的耦合关系,即磨损严重时疲劳损伤表现相对轻微;适当降低材料含碳量,增加钢轨的磨损率有利于延长钢轨的疲劳寿命.     

车轮钢的化学成分、微观组织对车轮钢力学性能的影响

对国内外5种车轮钢的微观组织、准静态力学性能和疲劳性能进行测试,分析车轮钢的化学成分和微观组织对其准静态力学性能和疲劳性能的影响.结果表明:提高Mn与C元素含量之比以及Ni,Cr和Mo元素总含量,均能明显增加珠光体的弥散度,减小珠光体层片间距;细化奥氏体晶粒尺寸和增加珠光体弥散度,车轮钢的强度、塑性和韧性均有所改善;提高Mn与C元素含量之比有利于改善车轮钢的韧性特别是冲击韧度;车轮钢的疲劳裂纹萌生寿命随着奥氏体晶粒尺寸和珠光体团尺寸的细化而增加;车轮钢试样的化学成分和显微组织对疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹门槛值的影响很小.     

提高铁路车轴疲劳性能的表面强化处理技术

文章介绍曰前国内外多种提高铁路车轴疲劳性能表面强化处理方法的特点及应用情况,并将近几年来发展迅速、并具有很大推广价值的超声冲击强化处理方法应用到铁路车轴的表面强化处理上,以期提高车轴使用寿命。通过对LZ50车轴钢进行超声冲击强化处理,在LZ50车轴钢表面上获得一层塑形变形层,在表面硬度提高的同时,表面粗糙度值降低,且存在有较高的残余压应力。而这些特性均将有利于提高车轴的疲劳性能。     

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。     

重载铁路货车用LZ45CrV车轴钢综合性能的试验研究

为提高重载铁路货车轴重,试验研究LZ45CrV车轴钢的综合性能。结果表明:通过适量添加Cr,Ni,Mo和V等微合金元素,可使LZ45CrV车轴钢的显微组织结构得到显著改善,比LZ50车轴钢的晶粒度级别要高出2级以上,微合金元素在钢中形成了从几十到一百纳米大小的碳、氮化物析出相;在不降低伸长率和断面收缩率的前提下,LZ45CrV车轴钢的强度指标比LZ50车轴钢提高了10%以上,并且其横向冲击功不低于40J、纵向冲击功不低于50J;与LZ50车轴钢相比,LZ45CrV车轴钢的相对腐蚀失重速率降低了20%以上,疲劳极限提高了15%以上;LZ45CrV车轴钢的各项性能指标满足试制技术条件,达到了30t轴重重载货车车轴的使用要求。     

用小试样验证货车车钩载荷谱及评估13号车钩疲劳寿命

用小试样模拟钩舌局部区域应力状态，分别按货车车钩拉、压程序载荷谱和该谱的简化谱进行疲劳试验，所得的疲劳寿命值得与现场车钩运用调查统计值均相符合；同时，对ＡＡＲ所推荐的恒幅载荷也进行了试样的疲劳试验。     

4Cr2MoVNi钢在前盖、后挡镶块锻模上的应用

介绍了4Cr2MoVNi钢锻模的生产工艺特点。实践表明，4Cr2MoVNi钢的热强性、热疲劳性和耐磨性均优于5CrNiMo钢的，用其制作的模具寿命可提高1倍以上。     

电气化铁路接触网悬挂用T形旋转连接板疲劳试验研究

为了研究大风区电气化铁路接触网悬挂用T形旋转连接板疲劳性能，结合现场应用情况，提出试验要求。根据曲柄运动原理，基于疲劳试验机，设计疲劳试验方案，研制试验装置，提出试验步骤。这种试验方案，扩展了实验室中直线油缸的使用范围，可为转动疲劳性能试验设计提供借鉴。     

车轴钢近门槛区裂纹扩展试验数据拟合处理研究

采用加权非线性回归方法对车轴钢疲劳裂纹扩展速率数据进行处理，并对近门槛区的数据岍予较大的权值，所得结果与试验点吻合较好，可为估算车轴的实际疲劳裂纹扩展寿命提供良好的试验依据。     

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。