锰对贝氏体车轮钢组织和力学性能的影响

采用JMatPro软件模拟碳、锰、硅主要合金元素含量(质量分数)的改变对试验钢连续冷却转变曲线和贝氏体等温转变曲线的影响;通过小炉冶炼钢试验,研究锰含量分别为1.5%,1.7%,2.0%和2.2%时对贝氏体车轮钢的组织和力学性能的影响,并与锰含量为2.0%的实物贝氏体车轮进行对比验证。结果表明:锰对抑制高温相变、降低贝氏体转变温度和提高车轮钢的淬透性有显著作用;锰含量高于2.0%时,贝氏体车轮钢自高温空冷过程中可以避免先共析铁素体的出现,且韧性大幅提升;随着锰含量的提高,部分贝氏体组织由粒状贝氏体变为板条贝氏体,强度增大;贝氏体车轮钢理想的锰含量为2.0%左右,实物贝氏体车轮轮辋冷速较慢的芯部未出现先共析铁素体,综合力学性能良好且显著优于现有ER8珠光体车轮,具备一定的实际应用前景。     

试验用贝氏体钢轨钢连续冷却曲线的测定及组织特征

采用膨胀法,辅以金相法、硬度法测定了2种成分试验贝氏体钢轨钢的连续冷却转变曲线,对不同冷速下获得的金相组织进行观测,同时分析讨论了成分的选择及合金元素的作用。试验表明,1号钢冷却速度在0.3～2℃/s范围内,2号钢冷却速度在0.3～3℃/s范围内,贝氏体钢中得到以贝氏体为主的组织;1号钢、2号钢最佳冷速范围均为0.8～1.5℃/s;当冷速大于4℃/s时,两组钢将得到以板条马氏体为主的组织。     

横向力对列车车轮踏面表层材料塑性变形的影响

利用JD—1型轮轨模拟试验机开展轮轨滚动接触模拟试验,通过改变模拟车轮和模拟钢轨之间的冲角,研究车轮踏面表层材料在不同横向力作用下产生的塑性变形,并通过微观形貌观察、硬度测量和剪切应变分析等研究车轮踏面表层材料的塑性流动机理。结果表明:横向力随着冲角的增大呈非线性增加,并且随着冲角的增大而逐渐趋于饱和;在横向力作用下,轮轨接触区内的车轮踏面表层材料因受到较大应力而发生明显的塑性变形,并沿着横向力的方向产生了塑性流动,逐渐堆积在接触区的边界处;当应力发生剧烈变化并且应力方向由高压力区指向低压力区时,会使得部分堆积材料越过边界区延伸至非接触区域,从而形成金属延伸物;接触区域内车轮踏面表层材料的硬度随着横向力的增大而增大,随着表层材料深度的增加而逐渐减小,并且呈两边稍高、中间稍低分布;车轮踏面近表层材料的塑性流动和硬化过程可以通过其剪切应变予以表达。     

EA4T车轴钢热处理冷却转变特性的研究

本文采用金相分析方法,系统地研究了EA4T钢在不同介质连续冷却、等温冷却下的组织转变。在860℃～920℃加热淬火时,随着加热温度降低,淬火所得的显微组织细小,这种工艺更有利于获得合格的晶粒度;该钢具有很强的贝氏体形成能力,即使空冷也能得到贝氏体组织;此钢在520℃以下等温,可抑制先共析铁素体的析出,得到粒状贝氏体组织,随着等温温度的降低,转变速度加快,在450℃下等温300s就可得到完全的贝氏体组织。     

轮径差对车轮踏面磨耗和滚动接触疲劳的影响分析

轮径差缺陷的长期作用对车轮磨耗以及滚动接触疲劳影响十分显著.基于多体动力学理论建立车辆动力学模型,计算全局接触参数;基于FASTSIM算法建立局部轮轨接触模型,计算接触斑内的轮轨接触应力分布及滑动距离;将其输入车轮踏面磨耗预测模型,计算接触斑内的磨耗分布;将接触斑内的磨耗分布叠加至车轮踏面,计算4种典型轮径差影响下的车轮踏面磨耗分布、磨耗深度和磨耗速率,并基于磨耗结果进行显著磨耗工况下的滚动接触疲劳分析.研究结果表明:随着轮径差的增大,踏面磨耗深度和磨耗速率显著加快;不同类型的轮径差均会导致车轮踏面发生偏磨,其中等值同向轮径差最明显,单个轮对轮径差次之,等值反向轮径差最小;轮径差会导致轮对发生偏移且显著增大轮对横移量,从而使滚动接触疲劳区域扩大,这不仅会降低车轮使用寿命,还将严重影响车辆高速运行安全,应及时监测并镟修.     

利用车轮踏面微小凹凸提高车辆曲线通过性能的数值分析

提出了在车轮踏面非轮缘侧设置局部微小凹凸,以提高车辆曲线通过性能的设想。仿真分析结果表明,在车轮踏面非轮缘侧设置局部微小凹凸,可以降低车辆通过曲线时的轮轨横向力和脱轨系数。     

磨耗状态下机车车轮与曲线钢轨的接触分析

利用轮轨型面测量仪现场实测SS4型机车JM3磨耗型车轮踏面和干线铁路曲线段不同位置的钢轨型面。选取典型轮轨型面,建立三维弹塑性接触有限元模型,利用有限元软件Marc计算两种车轮在不同位置处与钢轨的接触状态。分析结果表明:同一段曲线上不同曲率钢轨的磨耗量和磨耗区域有较大差异;在相同外载荷条件下,与标准车轮相比,磨耗车轮与实测钢轨的接触斑面积较大,轮轨型面匹配较好,接触状况得到改善;针对线路上大量磨耗状态车轮,曲线钢轨型面应以磨耗状态车轮型面为参考对象进行设计,而不是标准车轮型面。     

振动及噪声连续测量系统

1引言当列车驶过时,轮轨接触处会产生振动,该振动会通过如图1所示的传播路径传播,即通过相邻的介质(钢轨、轨道组件、土地、空气)向四周传递,直至辐射区域。若踏面存在不连续点和异常,如车轮不圆(踏面擦伤、剥落,以及车轮多边形)、钢轨波浪状磨损、钢轨断裂、道岔和线路交叉点等,则会激发更强烈的振动。     

一种Mn-Cr-Mo-La系空冷贝氏体钢轨用钢的试验研究

利用稀土元素与合金元素的优势互补作用,设计一种低成本高强韧钢轨专用的Mn-Cr-Mo-La系贝氏体钢,通过测定其动态连续冷却转变(CCT)曲线,研究相变行为及组织特征;基于现场钢轨连轧工艺BD1-BD2-CCS进行热连轧模拟试验,采用透射电镜(TEM)观察精细亚结构,分析试验钢的组织细化和强韧化机理。结果表明:由于添加稀土元素可加强Mn、Cr、Mo的淬透性作用,试验钢在冷速范围0.8~2℃/s内可获得大量细小板条贝氏体;其热连轧模拟后的精细组织为板条间带有稳定残余奥氏体膜的无碳化物贝氏体,亚单元宽度细化至39~80nm,块状超细亚单元尺寸为20nm×32nm,板条内发现2~20nm的微细孪晶和高密度位错,使试验钢抗拉强度达1 260 MPa,室温下冲击功达95J,该纳米级贝氏体组织有利于阻碍裂纹扩展,防止贝氏体钢轨轨裂。     

武广客专动车组车轮磨耗及振动性能跟踪研究

通过对武广客专动车组车轮踏面和车辆振动性能的长期跟踪测试,得到车轮踏面磨耗、等效锥度和振动性能随运行里程的变化规律.将等效锥度作为评估车轮踏面磨耗程度的参数,探讨了车轮踏面磨耗对振动性能的影响.最后通过对比武广客专动车组降速前后车轮磨耗和车辆振动数据的差异,分析了速度下降对车辆振动性能和车轮磨耗的影响.结果显示,车轮踏面磨耗量随运行里程增加逐步增大,运行里程大于15万km后,车轮踏面磨耗速度呈逐渐增大趋势;武广客专两种不同踏面外形的主要磨耗区域基本相同,但最大磨耗位置不同;轮轨等效锥度不仅可以评估车轮踏面磨耗程度,还直接影响构架横向失稳的频率、幅值;其他条件不变的情况下,速度的调整对车轮踏面磨耗和振动性能影响显著.     

高速动车组D2车轮与ER8车轮滚动台架对比试验研究

为研究高速动车组自主化D2车轮与进口ER8车轮的踏面磨损和疲劳裂纹扩展行为,将踏面上有相同形状和相同深度预制缺陷的2种材质车轮组成1个轮对,在1∶1高速轮轨关系试验台上以350 km·h-1的试验速度进行缺陷扩展程度、磨损量和硬度对比试验,并观察试验后的微观组织结构。结果表明:经4.5×104km的滚动试验后,D2车轮的磨损量为0.072 mm,踏面总体状况良好,踏面预制缺陷呈现完全闭合态,而ER8车轮的磨损量为0.138 mm,踏面预制缺陷出现明显疲劳扩展,并发展为大面积剥离掉块;D2车轮的初始硬度和硬度增幅均高于ER8车轮;D2车轮微观组织结构的连续均匀性以及组织的细晶、固溶和弥散等综合强化能力均好于ER8车轮,使D2车轮的抗疲劳裂纹扩展能力和耐磨性均优于ER8车轮。     

我国典型高速铁路轮轨型面变化规律及匹配特性

为系统掌握我国高速铁路轮轨型面变化及匹配特性,在京沪、武广、哈大、兰新、贵广、丹大等6条典型高速铁路上,选择172个钢轨型面测点和6列动车组的384个车轮,进行为期2 a的现场测试。基于实测数据,应用数理统计方法分析钢轨和车轮的磨耗特性,并使用实测钢轨型面进行1个镟轮周期内的轮轨匹配等效锥度分析。结果表明:高速铁路曲线半径大于2 495 m时,直线和曲线钢轨磨耗速率基本相当;对于年通过总重小于11 Mt的线路,钢轨垂直磨耗不足0.01 mm;曲线半径小于800 m的钢轨磨耗速率明显增大;哈大线、兰新线和丹大线的动车组车轮踏面磨耗较大,踏面平均磨耗速率约为0.05～0.06 mm·(万km)~(-1),而京沪线、武广线和贵广线约为0.03～0.035 mm·(万km)~(-1);车轮磨耗范围较小时,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大而增大,车轮磨耗范围较宽时,轮轨接触点分布均匀,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大没有明显的增大趋势。     

地铁车辆轮轨型面匹配及其对接触应力的影响

为了改善地铁车轮出现的异常磨耗问题,对上海地铁3号线车辆车轮踏面DIN5573出现的磨耗进行测试,获得2种磨耗车轮踏面。在SIMPACK软件中建立了地铁车辆动力学仿真模型,计算得到未磨耗、凹形磨耗、沟槽状磨耗3种车轮踏面与TB60,60N钢轨型面匹配时轮对横移量,将其输入到用ABAQUS软件建立的轮轨三维弹塑性有限元模型,分析不同轮轨型面匹配对接触应力的影响。结果表明:3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨接触点均匀分布在轨顶和车轮踏面中部,等效锥度基本稳定;在半径350 m的曲线上,与TB60钢轨型面匹配相比,3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨最大接触应力最多减小384.9 MPa,钢轨、车轮最大Mises应力最大减幅分别为40%,35%。城市轨道交通小半径曲线地段较多,采用60N钢轨型面可以明显降低曲线外股的接触应力,减少轮缘磨耗和钢轨侧磨,从而降低钢轨疲劳伤损。     

车轮磨耗仿真中踏面更新策略研究

基于车辆系统动力学仿真和Braghin踏面磨耗模型计算车轮踏面上的磨耗深度分布,并采用小波滤波、滑动平均和傅里叶变换平滑3种方法对踏面磨耗深度曲线进行平滑。结果表明,小波滤波的平滑效果优于滑动平均和傅里叶变换平滑方法;更新磨耗深度越大,对磨耗行为和轮轨几何接触关系影响越大。因此,建议在最大磨耗深度达到0.1 mm时对仿真计算用的车轮型面进行更新。     

车轮踏面裂纹分析

针对城轨列车车轮踏面存在的宏观裂纹,采用化学分析、硬度测试、金相观察等方法对踏面裂纹成因进行分析。车轮踏面裂纹为列车制动引起的热裂纹。车轮踏面制动时的高热区域表层组织会产生相变,形成马氏体组织,脆硬的马氏体组织在轮轨接触应力、制动热应力和组织应力的相互作用下极易碎裂萌生裂纹,裂纹在轮轨接触应力的持续作用下逐渐扩展,最终发展为宏观裂纹。建议城轨列车采用盘型制动,为了减少车轮的热裂敏感性,适当降低车轮的碳含量,选用ER8车轮,降低热裂纹产生的概率。     

重型轨道车车轮异常磨耗原因分析及应对措施

针对重型轨道车车轮异常磨耗,从车轮材质、制动温升、车辆编组方式和制动力分配不匀等4个方面进行分析,确定长大坡道连续制动引起闸瓦和车轮踏面长期接触摩擦并导致车轮温度升高是车轮异常磨耗的主要原因,制动力不均匀和制动时间过长也会对车轮磨耗产生一定的影响。提出车辆通过长大坡道时控制速度及采取间歇制动形式下坡,以降低制动频率和制动时间,控制闸瓦和车轮踏面长时间摩擦产生的温升,以及合理匹配平板车和轨道车的制动效率、调整闸瓦与车轮踏面间隙、采取粉末冶金闸瓦等措施。     

车轮踏面多目标优化设计研究进展

车轮踏面优化设计是轨道交通系统的基本问题。根据车轮踏面优化模型的建立及其求解方法,车轮踏面优化设计的数值研究方法可以分为两类,即单目标优化设计方法和多目标优化设计方法。在综述轮轨踏面同步设计法、扩展方法、基于轮轨接触曲线的滚动半径差法和基于接触角曲线法等单目标优化方法的基础上,论证了车轮踏面优化是一个多目标优化问题,并给出了建立车轮踏面多目标优化模型的思路。车轮踏面多目标优化需要求解带约束的非凸不可微规划问题,求解精度和效率直接决定优化结果的可靠性和实用性。现有的求解方法包括遗传算法和拟高斯方法。针对现有计算方法存在计算量大、易早熟、收敛慢的缺点,提出求解车轮踏面多目标优化问题的响应面方法。该方法利用多项式响应面逼近目标函数和约束函数,避免了优化过程中由于数值求导带来的迭代振荡问题;同时该方法具有计算量小、收敛快的优点。以降低轮轨磨耗为目的对车轮踏面进行优化的实例表明,响应面方法能有效的优化车轮踏面。最后对车轮踏面这一课题的发展方向进行了展望。     

重载货车车轮踏面优化研究

对近期开发的基于法向间隙的车轮踏面优化方法进行改进,根据三维非赫兹滚动接触理论对轮轨间隙求解范围进行计算,使所求解的轮轨间隙具有实际的物理意义.针对我国重载货车车轮圆周磨耗严重的问题,对现有重载货车车轮踏面进行优化.利用车辆-轨道耦合动力学理论及三维弹性体非赫兹滚动接触理论对优化前后车轮踏面的静态接触性能及动态接触性能进行分析.结果表明:优化后轮轨界面之间可达到较好的匹配,且合理选择踏面不同区域的权数可同时保证车辆直线运行与曲线通过时的轮轨接触应力较小,从而达到有效降低轮轨磨耗的目的.     

地铁车轮磨耗及其对轮轨匹配状态的影响

对国内某地铁线路的车轮磨耗规律进行了现场调查和分析。车轮磨耗集中于轮缘根部和踏面-25~30 mm范围。LM32模板动车车轮踏面磨耗突出区为-8~-4 mm,25万~40万km里程车轮最大磨耗量为2.5~4.0 mm。采用薄轮缘LM30模板镟轮的拖车车轮踏面磨耗集中在-10~10mm范围,19万km以内里程踏面磨耗量为0.2~0.5 mm。利用轮轨接触几何理论和轮轨滚动接触理论,研究不同车轮磨耗状态下的轮轨静态匹配性能,包括接触点对分布和轮轨接触应力,分析车轮表面裂纹的机理。车轮轮缘根部与钢轨轨距角集中接触容易导致接触光带偏向轨距角。轮缘根部及踏面上小曲率半径区与钢轨集中接触是产生车轮踏面接触疲劳的主要原因。     

SMA490BW钢焊接CCT曲线的研究

利用Gleeble热模拟试验机,结合生产的实际需求,采用不同冷却速度对SMA490BW钢焊接热循环过程进行了模拟。同时,利用热膨胀法测定了焊接连续冷却转变曲线即焊接CCT曲线。通过观察和分析热影响区的光学显微组织,测定相应的维氏硬度,提出了SMA490BW钢焊接过程中连续冷却组织及性能的转变规律。试验结果为SMA490BW钢焊接工艺的选取和制定提供了依据。