低温下铁路钢轨断裂韧性分析

包括青藏铁路在内的北方大部分铁路钢轨在使用过程中常常经历比较低的温度环境,对于钢轨钢材的低温断裂性能有更严格的要求,有必要对钢轨钢材低温下断裂性能进行系统研究。通过对青藏铁路常用的钢轨钢材U71Mn和U75V三点弯曲试样断口的宏观形貌进行观察,并对所制备断口的微观形貌进行了电镜扫描分析,对这两类钢轨钢材在低温下的断裂特性进行了分析与讨论。最后,对这2种钢轨钢材断裂性能的研究方法以及化学成分的断裂性能的影响进行了进一步讨论,得出U71Mn较U75V更适合于在低温下作为钢轨钢材。     

低温下铁路钢轨抗脆断设计方法分析

研究目的:随着青藏铁路的开通,钢轨钢材在低温下安全性能研究的重要性随之凸现出来.为了防止钢轨钢材在低温条件下发生脆性断裂,提出一种实用的钢轨钢材低温下防断设计方法具有重要的现实意义.研究结论:钢轨钢材在低温下属于较为典型的脆性断裂,低温防断设计方法是以试验测量得到的平面应变断裂韧度KIC作为安全分析判据;从工程实际出发,进行低温下钢轨的抗断设计,得出钢轨常见裂纹的容许裂纹上限值aC,为钢轨的伤损检测提供了依据.     

钢轨钢材低温力学性能的试验研究

研究目的:钢轨钢材在低温下力学性能变差,容易发生脆性破坏,这直接威胁着铁路运输的安全。随着青藏铁路等低温地区的铁路建设大规模的展开,了解钢轨钢材力学性能指标受温度的影响规律成为越来越迫切的课题,本文试验测得我国常用钢轨钢材在低温下的各项力学指标将给寒冷地区的铁路建设提供试验依据。研究方法:本文通过制造人工低温环境,在 20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃五个温度点下对我国目前铁路工程中常用的60 kg/m的U71Mn和U75V两种钢轨钢材进行拉伸试验,得到这两种钢轨钢材低温下的强度和塑性指标,并根据已有研究成果对试验数据进行分析和拟和。研究结果:本文试验得到了U71Mn和U75V两种钢轨钢材抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率和断面收缩率随温度的变化规律,计算了2种钢轨钢材的温度敏感系数,得到预测钢轨钢材低温下抗拉强度的公式。由2种钢轨钢材低温力学性能的比较,本文对低温地区铁路建设选用钢轨提出了建议。研究结论:随着温度的降低,钢轨钢材的抗拉强度和非比例延伸强度略有升高,但断后伸长率和断面收缩率下降,塑性变差。U71Mn钢材在-60℃时仍具有良好的塑性,而U75V钢材在低温下塑性明显变差,呈现出脆性破坏,所以在寒冷地区的铁路建设中宜优先选用U71Mn钢轨钢材。     

U71Mn钢轨低温性能试验研究

对包钢产U71Mn成分钢种进行了低温系列冲击试验、低温拉伸试验、低温断裂韧度试验,分析讨论了冲击值与低温韧脆转变温度的关系和化学成分、试验温度对强度、塑性以及断裂韧性的影响。试验结果表明,青藏铁路使用中下限成分的U71Mn钢轨,可提高钢轨安全使用性能,满足青藏铁路格拉段低温环境的需要。     

低温对结构钢材断裂韧度JIC影响的试验研究

随着温度的降低,结构铜材的主要断裂韧度指标发生变化、在低温(20,-10,-30,-50,-70或-65℃)条件下,测定了3种主要结构钢材(Q235A,16Mn和15MnVq)4种厚度(12,24,36和48mm)试样的断裂韧度JIC总的趋势为3种结构钢材的断裂韧度JIC随着温度下降或厚度增加而减小,断裂韧度JIC随温度和厚度的变化曲线均呈“S”型,分为上平台、转变区和下平台3部分。在上、下平台区域,断裂韧度JIC的变化比较缓慢;在转变区,断裂韧度JIC急剧下降。在某些情况下,上平台区域会出现断裂韧度JIC随温度降低或厚度增加而提高的现象。     

低温下铁道钢轨钢材冲击韧性与断裂韧性的关系分析

依据钢轨钢材系列低温冲击试验和断裂韧性试验的结果,参照目前已有的钢材冲击韧性与断裂韧性之间的关系,对钢轨钢材冲击功AK与其断裂韧度KIC之间的关系进行回归分析,得到了AK与KIC之间的关系式.根据弹塑性断裂力学理论,推导出了钢轨钢材冲击功AK与裂纹尖端张开位移CTOD临界值δC和J积分临界值JIC之间的关系式,为通过简单经济的冲击试验来预测钢轨钢材的断裂韧性提供了一种方法.     

制动盘材料断裂参量试验研究

根据制动盘受力以及裂纹沿径向扩展的特点制取试样,采用3点弯曲/多试样法确定了制动盘材料的断裂韧度KIC.试验表明在常温(20℃)和低温(-40℃)情况下制动盘材料的断裂韧度KIC值为63MPa·m1/2,说明制动盘材料在较大的温度范围内具有一致的断裂韧度.试验结果可用于制动盘寿命评估.     

青藏铁路弹条Ⅱ型扣件系统低温阻力特性试验研究

扣件系统必须具备的普遍功能是,弹性的吸收钢轨力并传递其至轨枕,提供防爬阻力去限制无缝线路钢轨的位移和断轨后产生的缝隙;对于地处高寒地区的青藏铁路,扣件系统的防爬阻力性能显得更加重要。测试了低温状态下扣件系统的防爬阻力性能。试验结果表明:与常温对比,温度为-20℃时,扣件阻力降低5%左右,而温度为-40℃时,扣件阻力降低20%左右;在低温时,青藏铁路无缝线路试验段扣件系统提供给钢轨的阻力可保证大于轨枕纵向阻力。     

PD3及BNbRE钢轨断裂韧性KIc的研究

钢轨是铁路轨道中非常重要的构件,直接关系到行车的安全.铁路不断提速对钢轨提出了越来越高的要求,在要求其有更高的使用寿命的同时,还要求其有更好的韧塑性,以保证铁路的安全.断裂韧性KIC是反应材料抵抗裂纹失稳扩张能力的力学性能指标,因而研究目前铁路较为普遍应用的PD3和BNbRE钢轨的断裂韧性KIC,对提速线路、尤其是即将铺轨的时速200km秦沈客运专线上钢轨的使用安全性非常重要.本试验通过对PD3及BNbRE钢轨在室温和-20℃时断裂韧性KIC的测定,分析了碳含量、钢种化学成分以及温度对断裂韧性的影响.同时还比较了两个钢种断裂韧性的不同和对温度的敏感性,相比之下,PD3在室温时的断裂韧性要稍高一些,而在-20℃时,BNbRE的断裂韧性要高一些,显示出BNbRE的断裂韧性KIC随温度降低而下降更小,因而表现出对温度更不敏感.但是两个钢种的断裂韧性KIC都达到了铁道部颁发的“时速200km客运专线60kg*m-1钢轨暂行技术条件”的要求.     

钢轨用空冷贝氏体钢性能及组织的研究

本文对所制定的两组成分空冷贝氏体钢的力学性能、显微组织进行了实验室研究.两组钢采用50 kg真空感应电炉冶炼,经锻造、空冷至室温后,加工成所需各种试样.拉伸试验结果表明,试验钢的抗拉强度分别为1 280 MPa,1 337 MPa,塑性指标为16%,强韧性配合明显高于普通及淬火珠光体钢轨钢;U型缺口冲击韧性则分别为20 J*cm-2,46 J*cm-2;第二组成分钢的低温(-20℃)断裂韧性(KIC)为42 MPa m1/2.透射电镜分析表明,两组空冷贝氏体钢中含有铁素体板条以及板条间的残余奥氏体膜,并且可在铁素体板条中观察到贝氏体基元.最后本文认为,所设计的两组空冷贝氏体钢的强韧性配合优于淬火珠光体钢轨钢,可用于制造钢轨及AT尖轨等道岔部件.