温度及应变速率对高速车轮钢形变行为的影响

为高速车轮服役性能评价及失效分析提供依据,在-60~400℃温度及6.67×10-4~3 782s-1应变速率范围内对高速车轮钢进行拉伸及压缩试验,测量其屈服应力、抗拉强度、断面收缩率、伸长率、应变硬化指数、应变硬化系数等材料力学参量,研究材料力学参量随温度和应变速率的变化。结果表明:在试验范围内高速车轮钢的屈服应力、抗拉强度随应变速率常用对数的升高而线性增加,随温度的升高而基本呈线性降低;屈服应力在试验温度上升范围内下降了225 MPa,在试验应变速率增加范围内上升了270 MPa,而断面收缩率和伸长率则随温度的升高而增加、随应变速率的增加而略有降低;应变硬化指数基本不随温度的变化而变化,但随加载速率的增加而降低;应变硬化系数随温度和应变速率的增加而降低;温度及加载速率对高速车轮钢材料塑性本构关系的定量影响可通过包含温度和应变速率参数的Hollomon方程描述。     

CrNb轨钢与PD3、BNbRE轨钢组织和性能的对比研究

在U74普通碳素轨的基础上,增加Si含量,调整C、Mn含量,加入合金元素Cr、Nb,设计出CrNb低合金钢轨钢。研究了该钢轨钢与PD3、BNbRE钢轨钢组织和性能差异。重点比较了3种轨钢的CCT曲线,加热温度与奥氏体晶粒及冲击韧性之间的关系,热处理前后的珠光体片间距,奥氏体晶粒度及其有关性能,并对Cr、V、Nb在轨钢中的作用进行了讨论。结果表明:CrNb轨钢的强度与PD3、BNbRE轨钢基本相当,CrNb轨钢淬透性明显好于其他两种轨钢。     

润滑条件下钢轨接触疲劳性能的试验研究

通过室内试验研究了三种轨钢(不同金相组织的U71Mn轨样）的接触疲劳性能。试验表明，试样表层产生严重的塑性变形是形成接触疲劳破损的主要原因，通过热处理可提高轨钢的强度及硬度，接触疲劳强度也随之提高。作者分析了曲线地段的外轨内侧轨距角处(采用轮轨润滑方法)形成接触疲劳破损的原因，并根据室内试验结果提出在具有润滑条件的曲线上，钢轨以采用高强度淬火轨或合金轨为宜。     

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.     

贝氏体车轮钢性能分析

针对铁路车轮使用中存在的剥离问题,对新研制的贝氏体车轮钢进行检验.力学性能检测结果说明,与普通CL60车轮钢相比,新型贝氏体车轮钢的强度提高13%,塑性变形能力提高23%,冲击韧性提高2～3倍;通过金相组织观察、SEM断口分析、X射线衍射组织测定和TEM分析得出:新型贝氏体车轮钢为细而均匀的贝氏体 铁素体 少量粒状贝氏体组织,冲击断口具有典型的韧性断裂特征,钢中残余奥氏体含量为12%,显微组织主要由条状铁素体组成,未见碳化物析出相,为无碳化物贝氏体组织.分析结果表明:新型贝氏体车轮钢能显著提高车轮的抗剥离性能,具有更高的运用安全性.     

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。     

钢轨全断面感应加热、轨头及轨底喷雾淬火的性能研究

本文介绍50kg／m钢轨全断面感应加热，轨头及轨底同时喷雾冷却淬火的研究，对淬火轨进行一系列试验，并与未淬火轨对比，研究结果表明；淬火轨具有较高的抗断裂性能，而未淬火轨却脆断严重；淬火轨的抗磨损，抗压溃性能均比未淬火轨有明显提高，轨头及轨底经喷雾淬火后，不仅使钢轨达到良好的强韧化效果，还显著地提高钢轨的结构强度。     

寒区铁路含冰率对碎石集料强度及变形特性影响试验研究

在寒区冰冻条件下,道砟间的冻结现象将加剧冻结道床与轨枕、路基相互作用的复杂性,给冬季有砟轨道的安全运行带来较大挑战。为探究寒区有砟轨道中冻结道床的强度和变形特性,制备不同含冰率下碎石集料试样并进行室内低温单轴压缩试验,讨论含冰率对冻结试样应力应变曲线、强度及变形特性的影响。为表征冻结试样峰后脆性特征,定义强度衰减系数,该系数随着含冰率的增大而降低,两者关系可用幂函数表示。研究结果表明：较低加载速率下,冻结试样应力应变曲线均为应变软化型。随着含冰率的增大,曲线屈服阶段增大,峰后塑性特性增强,应变软化特征更加明显。在失效模式上随着含冰率的增大,试样由脆性破坏转为轴向劈裂的韧性破坏。高含冰率下道砟接触界面的冻结强度显著提升,会加剧冻结试样中道砟颗粒的劣化破碎行为。含冰率对力学性能有显著影响,抗压强度和有效弹性模量随含冰率的增加而增大,含冰率与抗压强度的关系可用指数函数来表示,与有效弹性模量呈近似线性关系,基于强度衰减法可估计冻结碎石料的残余强度。研究成果不仅对寒区铁路冻结道床的力学特性探究具有重要工程应用价值,也能为冰-石冻结混合体的力学行为研究提供可靠试验依据。     

基于机制砂混凝土收缩试验的隧道衬砌环向开裂原因探讨

针对叙(永)毕(节)铁路某标段5座隧道衬砌收缩开裂问题,开展隧道衬砌机制砂混凝土收缩特性试验研究,以分析衬砌环向开裂原因.通过工程调研和试验研究,考虑细骨料、混凝土强度等级、养护条件等因素的影响,对比分析机制砂混凝土与河砂混凝土在力学性能和收缩变形2个方面的差异.研究结果表明:机制砂混凝土的抗压、抗拉和抗折强度等力学性能指标均优于河砂混凝土,但机制砂混凝土收缩率指标高于河砂混凝土24％～35％,且机制砂混凝土收缩率随强度等级的提高而增大.通过试验判定隧道衬砌环向开裂的主要原因是机制砂混凝土收缩变形指标偏大,而隧道衬砌混凝土养护不到位增加了衬砌开裂的几率和程度.     

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。     

基于非线性超声的无缝钢轨锁定轨温检测

针对基于非线性超声的无缝钢轨锁定轨温检测问题,理论分析了材料非线性系数在温度、应力变化过程中的变化情况,试验研究了温度与应力对自由状态及锁定状态下钢轨超声非线性系数的影响,得到了温度与应力共同作用下的非线性超声响应规律。研究结果表明:自由状态下钢轨中传播的超声非线性受温度影响明显,非线性系数随温度升高而增大,随温度降低而减小;锁定状态下钢轨中传播的超声非线性受温度与应力耦合作用,非线性系数在钢轨温度高于锁定轨温时随温度升高而增大,在钢轨温度低于锁定轨温时随温度降低而增大,在钢轨温度为锁定轨温时出现局部极值点。论文从理论和试验两方面证实了非线性超声可以检测无缝钢轨锁定轨温。     

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。     

低温对结构钢材主要力学性能影响的试验研究

钢材在低温条件下,其主要力学性能指标与常温条件下相比将发生变化．介绍了对常用结构钢材(Q235,16Mn,15MnV,16Mnq和14MnNbq)主要力学指标的低温试验研究成果,并分析了这些指标随温度变化的规律?试验结果表明．钢材的强度(屈服强度和极限强度）均随温度的降低而提高,塑性指标(伸长率和截面收缩率)随温度的降低而减小、该试验结果为进一步研究结构钢材在低温下的韧脆转变、断裂等行为提供了依据,有利于促进钢结构的推广应用。     

影响热处理钢轨性能的因素

本文论述了轨钢的碳古量、热处理参数、显微组织对钢轨性能的影响。通过研究作者认为，高碳钢轨被加热到900～1000℃、在3～10℃／S冷却速度下冷却可得到细片状珠光体组织。这种钢轨具有强度高、抗疲劳性能好的特点。因此，改进钢轨热处理工艺是实现钢轨强韧化的最有效方法。     

现代齿轨铁路无砟轨道纵向力学特性及结构适用性研究

为研究现代齿轨铁路无砟轨道在列车纵向荷载作用下的力学特性并分析其结构的适用性,基于有限元理论建立现代齿轨铁路无砟轨道空间耦合计算模型,分析了轨道关键部件力学特性,并与有砟轨道进行对比.研究结果表明:齿轨铁路的钢轨纵向力、纵向位移均随轨道坡度、车辆编组数的增加而增大;齿轨根部等效应力最大,最大值小于材料屈服强度,不易对齿...     

75kg·m-1钢轨用轨撑设计与铺装试验

针对重载铁路小半径曲线和长大坡道线路的轨距、线型难于保持,外轨侧磨严重,养护维修工程量大的情况,研制了普通型和减振型2种形式的75 kg·m-1钢轨用轨撑.在大秦线的轨道动力特性试验和现场试铺表明:与既有Ⅱ型弹条扣件相比,安装2种轨撑后测试断面的轨头横向静刚均有大幅增大,其中,外轨轨头的横向静刚度增大40%～54%,内轨轨头的横向静刚度增大9%～113%;轨撑提高了钢轨的横向抗力和抗倾覆的能力,提高了行车安全性;钢轨横移和钢轨侧磨明显减小,轨距和轨向保持良好,减小了日常养护维修工程量.减振型轨撑的减振效果更好.     

粗糙度诱发裂纹闭合的研究

作者从粗糙度诱发裂纹闭合的几何模型着手，通过推导得出了应力比、显微组织与裂纹闭合间的关系表达式，并就U71Mn钢不同奥氏体晶粒、不同应力比对裂纹闭合以及门槛值附近疲劳裂纹扩展行为的影响进行了研究。结果表明，粗大奥氏体晶粒由于有较大的断面粗糙度，使裂纹闭合程度增大．从而提高门槛值，但它不影响中速区域疲劳裂纹的扩展。应力比除了影响裂纹扩展的微观过程外，主要是影响裂纹闭合。随着应力比的增加，裂纹闭合作用减少，表现出裂纹扩展速率的提高和门槛值的降低。     

回火温度对C级钢组织、性能的影响

采用金相显微镜、万能拉伸试验机等设备研究了不同的回火温度对高含碳量的C级钢(ZG25M nNiCrMo)的显微组织和力学性能的影响.结果 表明,在相同正火工艺下,回火温度越高,C级钢的网状回火索氏体组织越明显、晶粒状铁素体越多.网状回火索氏体组织和晶粒状铁素体的增多,降低了材料的强度、硬度,改善了材料的塑性、韧性.     

带过渡丝网的钢顶耐热铝活塞研究

对活塞钢顶重新进行了设计,在钢顶与铝基体之间加入过渡丝网,利用真空扩散焊使钢顶与过渡丝网连接在一起,并通过液压变形的方式使其成形为活塞燃烧室及顶面所要求的形状,该钢顶铝活塞采用挤压铸造工艺来制备.对钢顶与铝基体的结合强度进行了理论分析和计算,对结合部位组织进行了观察,结果表明,利用该方法制得的活塞其钢顶与铝基体之间可以实现很好的机械结合和冶金结合.     

土工格室加筋土强度特性研究

为了探明土工格室加筋土的补强机理,为其合理的工程设计和应用提供理论上的依据,通过三轴剪切试验对土工格室加筋土的强度特性进行了研究,并与筋材平铺加筋土的强度特性作比较。试验结果分析表明,用土工格室作为加筋材料,可以显著提高土体的抗剪强度,且其抗剪强度高于筋材平铺加筋土;加筋方式、加筋密度等对应力—应变曲线形状影响较大;要使土工格室加筋土强度得以充分发挥,需要较大的应变;在加筋率相同且格室平面尺寸也相同的条件下,土工格室高度较小的多层土工格室,其加筋土(复合体)的抗剪强度有所增大、整体性将会增强。