重载铁路钢轨焊接接头磨耗特征研究

本文对重载线路钢轨焊接接头与母材相对磨耗进行了测量与分析,测量结果分析表明,热处理钢轨焊接接头相对磨耗明显大于热轧钢轨,且钢轨强度越高,磨耗越严重;铝热焊接头磨耗明显大于闪光焊.影响焊接接头不均匀磨耗的主要因素是接头部位的硬度;对接头磨耗与硬度关系的分析表明,钢轨焊接接头(含软化区)平均硬度与母材接近相等时,接头与母材磨耗量也大致相当,此时,接头热处理区(或焊缝及热影响区)硬度约为母材的1.05倍.建议在重载铁路条件下,对于高强度热处理钢轨的焊接应分情况处理:铝热焊应进一步提高焊缝硬度,闪光焊应进一步优化接头热处理工艺.     

60D40钢轨轨头顶面1mm范围性能研究

通过对基材及感应热处理后的60D40钢轨轨顶面表面布氏硬度、脱碳层深度、金相组织等项目试验检测,对比实验室布氏硬度计与便携式里氏硬度计测试的钢轨轨顶面表面布氏硬度值。从硬度计的检测原理、实际使用条件及金相组织着手分析布氏硬度值差异。试验结果表明,感应热处理表面硬度试样轨顶面磨削0.1 mm后便携式硬度计测得值比实验室台式布氏硬度计少21 HBW,轨顶面磨削0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm与1 mm台式硬度计测得值高于便携式硬度计10 HBW;轨头不同磨削量纵向金相组织与横断面脱碳层深度存在差异。     

热处理钢轨若干问题的探讨

总结和探讨热处理钢轨的化学成分、工艺、性能,以及焊接、铺设等方面存在的问题。分析认为,用于热处理的钢轨应采用中上限的含碳量,较低的锰含量,以及添加少量推迟珠光体转变的元素以提高热处理工艺性能。采用喷风冷却淬火,以提高热处理钢轨性能的稳定性。在大力推广使用性价比高、综合性能好的在线热处理钢轨的同时,应注意进一步提高其硬度。热处理钢轨应进行焊后热处理,以提高无缝线路焊接接头部位的平顺性乃至使用寿命。在重型及以上铁路,半径小于800m或1200m的曲线上应铺设使用全长热处理钢轨。在不具备对钢轨进行打磨的情况下,暂不宜在非重载铁路的直线上成段铺设使用高硬度的热处理钢轨。     

钢轨移动闪光焊感应热处理装置及工艺研究

采用中频IGBT电源,结合钢轨特殊断面热处理要求,设计可开合式双匝单股仿型感应线圈对现场移动闪光焊焊接接头进行热处理,感应加热线圈采用水冷,各附件温升合理。本套感应加热装置体积小,结构紧凑,可装置于四轴移动闪光焊机机头,装配出移动闪光焊机与焊后热处理一体机。本一体机可实现钢轨一次夹持完成焊接、焊后热处理两道工序,不仅有效减少现行设备体积,提高钢轨焊接工作效率,而且可实现钢轨全断面均匀加热,轨头和轨脚温差小于50℃。对焊后热处理接头进行试验结果表明,经该套中频感应正火处理装置热处理后的焊缝硬度和金相显微组织与母材匹配良好,有效细化钢轨焊接接头金相显微组织,提高了钢轨焊接接头的冲击吸收功。经热处理后的焊接接头力学性能指标符合标准要求。     

朔黄铁路曲线下股热处理钢轨剥离伤损成因分析

对朔黄铁路的5段75 kg·m^-1的U75V钢轨性能进行检验,分析伤损钢轨裂纹附近的性能。分析表明：U75V热轧钢轨母材的组织和硬度均合格,但U75V热处理钢轨的淬火层深度及横断面硬度均未满足TB/T 2635—2004的要求;显微硬度数据显示,在钢轨横断面存在较薄的硬化层;曲线下股钢轨踏面中心裂纹的深度在1.3 mm左右,并呈现不同程度的剥离掉块,与钢轨硬度分布特征有关;裂纹萌生于钢轨轨头表面塑性流变层内,裂纹起始的发展与列车运行方向成一定的锐角,出流变层后基本以垂直方向朝轨头内部扩展,到一定程度后,裂纹呈鱼钩状,以大致与列车运行的相反方向朝轨顶面扩展,最终导致剥离掉块。建议使用符合标准的热处理钢轨;对曲线钢轨及时进行大机打磨;采取措施,降低纵横向蠕滑力。     

钢轨固定式闪光焊接头力学性能分析

钢轨固定式闪光焊接头是我国无缝线路接头的主要形式。本文通过系统的取样试验,分析了U71Mn和U75V热轧和热处理钢轨焊接接头不同部位和全断面不同位置的冲击、拉伸和硬度性能。试验结果表明:钢轨固定式闪光焊接头的冲击功平均值是离散分布的,轨头冲击功明显大于轨底,轨腰最小;相同牌号和交货状态的钢轨,接头全断面不同位置的抗拉强度相差不大;同牌号钢轨,热处理接头轨腰部位伸长率明显小于热轧钢轨;热轧钢轨焊接接头硬度一般大于钢轨母材硬度,热处理钢轨则相反。     

U71MnH钢轨接头焊后热处理硬度和组织不合格原因分析

钢轨闪光焊后需要对接头进行焊后热处理,提高接头韧性。目前,国内焊轨基地焊后热处理均采用固定风压和喷风距离来降温,通过喷风时间控制接头硬度和组织,环境温度、湿度对接头的硬度及组织影响较大。环境温度低、湿度较大时,有可能出现马氏体组织,反之,又可能造成接头硬度不够。通过控制焊后热处理喷风终冷温度,可避免环境温度、湿度等波动对接头性能的影响,保证接头硬度和组织满足标准要求。     

铁路车轮与钢轨的强度及硬度匹配

研究表明，铁路车轮的硬度低于钢轨时，车轮与钢轨的打滑现象就会增加，车轮就容易产生擦伤、剥离等缺陷。车轮与钢轨的硬度匹配要求为1．2：1至1．4：1，我国目前PD3或BNbRe钢轨的硬度为300HB左右，因此车轮轮辋表面的实际硬度也应相应提高。     

热处理冷却工艺对U78CrV钢轨焊接质量的影响

为分析U78CrV钢轨闪光焊接接头的缺陷成因,设计4组不同的热处理冷却工艺,对每组工艺接头进行超声波探伤、磁粉探伤、显微组织分析、电镜分析、纵断面硬度测试及软化区宽度检验。结果表明:在接头热处理冷却工艺中,冷却速度过快容易导致出现马氏体组织和裂纹缺陷;喷风使接头全断面温度降至200℃以下后,接头遇水不会产生裂纹缺陷。焊轨基地冬季焊接U78CrV钢轨时,应当特别关注接头热处理后可能接触的环境温度。     

过共析钢轨使用性能研究

对铺设在郑州铁路局直线上和半径600~1 000 m曲线上的在线热处理过共析钢轨的使用情况进行跟踪观测。结果表明:过共析钢轨硬度高,耐磨性能好。使用1年后,铺设在直线和半径1 000 m曲线上的钢轨表面光洁,基本无伤损,铺设在半径600 m曲线上的钢轨出现鱼鳞伤和剥离掉块。钢轨闪光焊接头硬度基本满足标准要求,铝热焊接头硬度低于标准要求,使用后个别焊接接头存在低塌现象。过共析钢轨耐磨性能明显优于U75V热处理钢轨,预防性打磨可以提高钢轨在小半径曲线上的使用寿命。     

重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究

通过对重载铁路钢轨伤损的现场调查分析,确定出钢轨伤损的主要类型和规律,在此基础上提出了预防对策措施并进行了试验验证。结果表明:①在半径小于1 200 m的曲线上铺设轨面硬度大于370 HB的含铬热处理钢轨(U77 MnCr和PG4)、采用每天1次固体润滑并设置欠超高,可以减少钢轨的严重侧磨;②热塑性弹性体垫板可以增加轨道弹性,减少轨道动应力和钢轨的疲劳核伤;③在减少所用钢轨表面脱碳层深度和钢中夹杂物的基础上及时进行钢轨打磨,可有效抑制钢轨轨距角剥离掉块伤损的发展;④虽然热轧轨出现的剥离掉块深度较浅,但会在轨面外侧出现严重的深层肥边掉块,影响钢轨的安全使用,因此,重载铁路曲线下股仍应铺设高强度的热处理钢轨;⑤在优化焊接工艺和提高接头内部质量的基础上,对焊接接头采用焊后再淬火,以提高接头轨面的硬度,从而明显减少焊接接头轨面的低塌和焊接接头的伤损。     

1300MPa级在线热处理钢轨使用性能研究

对铺设在北京、太原、上海和郑州铁路局的半径为300~500 m曲线上的60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨的使用性能进行跟踪观测,研究提高重载小半径曲线钢轨的使用寿命。研究结果表明,60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨硬度高、耐磨性能好;在使用初期,钢轨磨耗少,钢轨表面容易出现剥离掉块,此时如果采用液体润滑,会加剧钢轨表面的剥离掉块;钢轨的磨耗主要出现在曲线的圆缓或缓圆部位,当钢轨磨耗到一定程度后,侧磨加快,如果采用正确的固体润滑方法,可使钢轨的侧磨得到有效地控制,且钢轨不会出现严重的剥离掉块;PG4在线热处理钢轨的综合使用性能良好,耐磨性能比U75V热处理钢轨提高1倍以上,适合在钢轨磨耗严重的重载铁路小半径曲线上使用;对钢轨实施预防性打磨、设置适当的欠超高、采用1∶20的轨底坡等改善轮轨匹配关系降低接触应力的措施,均对提高重载铁路曲线区段上钢轨的使用寿命具有重要的作用。     

铁路车轮与钢轨的强度及硬度匹配

研究表明,铁路车轮的硬度低于钢轨时,车轮与钢轨的打滑现象就会增加,车轮就容易产生擦伤、剥离等缺陷.车轮与钢轨的硬度匹配要求为1.21至1.41,我国目前PD3或BNbRe钢轨的硬度为300 HB左右,因此车轮轮辋表面的实际硬度也应相应提高.     

钢轨焊后感应正火热处理工艺研究

针对钢轨焊接接头感应正火工艺中出现焊接接头硬度不均匀现象,通过对焊接接头硬度数据分析,改进热处理设备的喷风结构,控制加热温度与喷风冷却时间,制定了线上U71Mn钢轨的闪光焊焊后正火工艺.重点对正火工艺中难于满足的硬度要求进行了试验验证,试验结果表明,该正火工艺大幅提高了闪光焊焊接接头的硬度和韧塑性能,满足了无缝线路钢轨的使用要求.     

基于焊接的UIC900A及U75V钢轨钢的连续冷却特性

模拟钢轨焊接及焊后热处理工况,采用热膨胀方法分别测定UIC900A及U75V钢轨钢的连续冷转变曲线(CCT曲线)。通过对UIC900A及U75V钢轨钢连续冷却特性的分析和比较,结果表明:当模拟焊接的奥氏体化温度为1 300℃和冷却速度小于1.5℃.s-1时,这2种钢轨钢的组织均为珠光体,并且在正常情况下焊接后直接空冷也都不会出现马氏体组织,这时UIC900A和U75V钢轨钢的硬度分别达到329 HV和354 HV;当模拟焊后热处理的奥氏体化温度为900℃和冷却速度为0.5℃.s-1时,这2种钢轨钢的硬度均为300 HV左右。UIC900A钢轨钢可直接空冷,U75V钢轨钢则需用冷却速度为1~2℃.s-1的喷风软淬火,以使其硬度达到320~350 HV左右。     

高速铁路道岔钢轨材质及强度等级选用研究

针对高速铁路道岔关键部件使用中存在磨耗快、出现剥离掉块等问题,通过对钢轨材质性能对比及配套技术研究,再综合考虑道岔使用情况,尤其参考新铁德奥350HT在线热处理钢轨道岔使用情况的基础上,为了进一步延长道岔使用寿命,简化道岔生产,便于现场更换,提出高速铁路道岔用轨选用建议:全部采用在线热处理钢轨(U71MnH G或U75VHG)制造高速铁路用道岔,包括道岔基本轨、尖轨、心轨、翼轨和导轨。同时建议尖轨、心轨的跟端锻造热处理要采用电感应加热、轨头喷风冷却的锻后热处理工艺,岔区铝热焊剂的选用要与在线热处理钢轨硬度相配套。     

高温电加热处理对贝氏体钢与U75V钢闪光对焊接头组织与性能的影响

通过静弯、拉伸、冲击、金相和硬度试验,对高温电加热处理前后贝氏体钢辙叉与U75V钢轨闪光对焊接头的组织和性能进行了研究。研究结果表明:高温电加热处理对焊接接头组织和硬度均匀化有良好的作用,且经过热处理后焊接接头的拉伸和冲击性能均得到一定程度改善,满足标准要求,特别是冲击性能得到了显著提高。     

欧洲标准与我国铁道行业标准在钢轨指标检验上的差异分析

在简要介绍欧洲钢轨标准和我国高速铁路用钢轨标准的基础上,结合2017年发布的EN13674-1:2011《铁路应用轨道钢轨第1部分:46 kg/m及以上T型钢轨》第1号修改单内容,从非金属夹杂物评级、热处理钢轨硬度检验和平直度检验3个方面,分析欧洲标准与我国TB/T 3276—2011/XG1—2017《高速铁路用钢轨》的差异,结合我国高速铁路钢轨检验实际情况,提出优化建议。     

道岔钢轨件的自动全长热处理及监控系统研究

道岔钢轨件采用的先喷风后喷雾的热处理方式、操作员手动变速进行全长热处理的方式严重影响道岔钢轨件的热处理质量.本文对目前道岔钢轨件的全长热处理工艺进行了改进,创建了新型道岔钢轨件热处理方式及监控系统.采用全喷风冷却代替目前的先喷风后喷雾热处理工艺,避免了热处理过程中出现马氏体组织的风险,提高了热处理的整体质量水平.采用自...     

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.