ER8C和ER8材质高速动车组车轮的服役性能

为全面掌握高速动车组用ER8C和ER8车轮服役性能,使用OBLFQSN750型电火花直读光谱仪等设备分别实测了新旧车轮材料的化学成分、常规力学性能、疲劳特性、冲击性能及韧脆转变温度、断裂韧性、疲劳裂纹扩展门槛值和疲劳裂纹扩展速率等,并进行了金相组织观测,综合评价分析了两种材质车轮服役性能. 结果表明:1） ER8C材质车轮比ER8材质车轮中Si含量高2.74倍,Mn含量高1.29倍,Cr+Mo+Ni总含量低45%,C含量略低,其抗拉强度和屈服强度提高5%,疲劳强度提高15%. 2） 车轮显微组织为珠光体+少量铁素体,踏面下相同深度,ER8C材质车轮中铁素体更均匀细小,晶粒度大于8.5级,ER8材质车轮铁素体粗大,晶粒度为8级. 3） ER8C材质车轮韧脆转变温度为84.30 ℃,ER8材质车轮韧脆转变温度为71.97 ℃,车轮运用工况处于两种材质的脆性区. 4） ER8C材质车轮断裂韧性比ER8材质车轮高约6%,其阻止裂纹产生的能力优于ER8材质车轮;ER8材质车轮裂纹扩展门槛值比ER8C材质高17%,其阻止裂纹扩展的能力优于ER8C材质车轮;两种材质车轮的裂纹扩展速率相当. 5） 服役过程中ER8C材质车轮踏面垂直磨耗速率略大于ER8材质车轮.      

轴箱内置型铁路车轴疲劳性能与寿命评估

开展了EA4T合金钢材料的低周疲劳试验、旋转弯曲高周疲劳试验与裂纹扩展速率试验, 考虑载荷类型、表面质量与尺寸系数等因素, 修正了标准小试样疲劳极限以预测全尺寸车轴的疲劳性能; 建立了轴箱内置铁路车轴(内箱车轴) 的有限元模型, 分析了内箱车轴与传统轴箱外置铁路车轴(外箱车轴) 临界安全部位的差异; 基于安全寿命设计理论, 结合修正的线性Miner疲劳累积损伤准则和载荷谱, 研究了内箱车轴的疲劳强度与服役性能; 分别采用Paris公式、NASGRO方程和LAPS模型拟合了裂纹扩展速率曲线, 基于损伤容限设计方法估算了内箱车轴和外箱车轴的裂纹扩展寿命。研究结果表明: 标准小试样的疲劳极限明显高于全尺寸车轴, 其疲劳极限均值分别为369、286 MPa; 与传统外箱车轴相比, 由于加载位置的改变, 内箱车轴的临界安全部位从卸荷槽处转移至轴身中部; 内箱车轴疲劳总寿命为2.5×1012 km, 满足30年服役寿命的设计要求; 但是在运输或服役过程中车轴表面不可避免会存在缺陷, 缺陷处存在严重的应力集中, 为裂纹的萌生和扩展提供了便利条件, 使车轴疲劳寿命大幅降低; 当车轴临界安全部位的裂纹深度扩展到5 mm时, 内箱车轴和外箱车轴的剩余寿命分别仅为3.2×105、2.0×105 km, 应根据无损探伤精度合理制定无损检测周期, 确保车轴安全服役。      

铁路车辆部件抗疲劳评估的进展与挑战

从铁路车辆的安全运用及服役评估出发，论述了转向架部件(如构架、车轴等)的抗疲劳评估及应用进展，重点分析了合金钢EA4T车轴和碳素钢S38C车轴的设计理念差别，阐明了车轴运用评估中存在的难定量和过保守的理论局限性; 首创了“名义应力”+“损伤容限”有机融合的阶梯疲劳评估方法，给出了样本信息聚集改进原理、基于单轴拉伸的裂纹扩展模型、应力-缺陷-寿命的三参数评估图和表面残余应力重建等四大关键技术。分析结果表明:基于传统名义应力法的抗疲劳设计给出的寿命预测偏于保守，导致车辆部件维修不足或者过度维修; 基于单轴拉伸性能的新型裂纹扩展模型的精度优于NASGRO方程; Kitagawa-Takahashi图把基于名义应力的疲劳极限和基于断裂力学的缺陷特征有机关联起来，比Goodman图更直观、定量和全面; 基于表面单位压力法，获得了与实测结果一致的S38C车轴的压缩残余应力分布，表明压缩残余应力的引入提高了新干线车轴的抗微动磨损能力和抗疲劳裂纹扩展能力; 广域环境服役、超高周疲劳、增材修复再制造、断裂求解技术及动力学和强度学结合等问题成为未来研究的重要课题。      

淬冷烈度对车轴钢组织结构及力学性能的影响

使用不同淬冷烈度的淬火介质对车轴用EA4T和35CrMo钢进行淬火处理,然后利用金相显微镜、透射电子显微镜等分析钢的组织结构,并测定其力学性能.结果表明:随着淬冷烈度的增加,EA4T和35CrMo钢在淬火后获得的马氏体组织越细小,硬度有所增加,但变化幅度不大;虽然液氮具有很高的淬冷烈度,但在淬火过程中易形成蒸汽膜而导致冷速降低,形成非马氏体组织.35CrMo钢淬火形成的马氏体为体心正方结构,其轴比c/a随着淬冷烈度的增大呈小幅度增大,碳的过饱和度随着淬冷烈度的增大而增大.35CrMo钢经不同淬冷烈度的淬火介质淬火后回火,其力学性能主要取决于回火温度,碳的过饱和度对回火钢的性能影响不显著.     

鱼尾板断裂及其材料性能和组织研究

本文通过对鱼尾板断裂的分析，表明鱼尾板断裂为微动磨损疲劳机制。金相分析发现国产鱼尾板表面脱碳严重，易引起微动磨损疲劳裂纹萌生；它的基体为珠光体加少量网状铁素体组织，晶粒粗大，冲击值低，冷脆转变温度高，易低温脆断，与鱼尾板易在低温下断裂一致。通过对国产鱼尾板淬火回火处理，改善了组织和性能，可较大幅度提高疲劳寿命。文中还对各种鱼尾板材料及实物的拉伸、疲劳性能进行了研究。     

WELDOX960E高强钢手工电弧焊焊接接头组织与力学性能

通过拉伸、弯曲、冲击、硬度和金相组织分析等试验,对手工电弧焊焊接WELDOX960E高强钢焊接接头组织和力学性能进行研究.研究结果表明：采用Phoenix SH Ni2 K130焊条、手工电弧焊焊接WELDOX960E高强钢时,可以获得拉伸、弯曲、冲击性能良好的接头;其焊缝组织为针状铁素体与粒状贝氏体的混合分布;熔合区及粗晶区组织为板条马氏体和少量白色M-A块区;正火区组织为块状铁素体、粒状贝氏体和珠光体;母材显微组织为回火索氏体;WELDOX960E高强钢焊缝硬度为270 ～ 300 HV,且距离熔合线30 mm处出现软化区.     

桥梁缆索钢丝疲劳性能影响因素试验

为研究桥梁缆索钢丝的疲劳与腐蚀疲劳性能，采用不同强度等级新钢丝、服役7年的斜拉桥拉索钢丝和人工加速腐蚀钢丝开展了缆索钢丝疲劳与腐蚀疲劳试验；根据典型疲劳断口宏观形貌特征，探究了缆索钢丝的疲劳断裂机制；采用威布尔分布函数拟合了缆索钢丝的应力-疲劳寿命曲线，对比了不同钢丝应力-疲劳寿命曲线的差异，揭示了强度等级、应力比、腐蚀损伤和腐蚀疲劳损伤4个关键因素对缆索钢丝抗疲劳性能的影响规律，并建议了相应的疲劳强度曲线。试验结果表明：钢丝未发生腐蚀时抗疲劳性能良好，随着强度等级的提高，缆索钢丝的疲劳强度显著增大，对应的疲劳极限也逐渐上升；缆索钢丝的疲劳强度随应力比的增大而显著减小；腐蚀和腐蚀疲劳损伤均会大幅降低缆索钢丝的疲劳强度，腐蚀疲劳损伤对缆索钢丝剩余疲劳寿命的影响大于单一腐蚀损伤；新钢丝的疲劳裂纹起源于表面划痕或材料不均匀处，对于带腐蚀和腐蚀疲劳损伤的钢丝，蚀坑处存在显著的应力集中，疲劳裂纹源形成于钢丝表面蚀坑处，多源裂纹萌生与裂纹不规则扩展的几率增大；桥梁缆索抗疲劳设计与安全评估时应综合考虑钢丝强度等级、应力比、腐蚀和腐蚀疲劳损伤的影响，试验采用国内桥梁缆索广泛使用的钢丝，得到的疲劳强度可...     

BWELDY700QL4低合金高强钢焊接接头组织与力学性能

通过拉伸、弯曲、冲击、硬度试验以及金相分析等对BWELDY700QL4低合金高强钢焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明:采用YM80-A焊丝焊接BWELDY700QL4低合金高强钢可以获得拉伸、弯曲和冲击性能均良好的焊接接头;其焊缝组织晶界为先共析铁素体、平行排列的无碳贝氏体从晶界伸向晶内,晶内为针状铁素体与珠光体,个别部位有粒状贝氏体.熔合区及粗晶区组织为板条马氏体和少量M-A组元.正火区组织为粒状贝氏体和少量铁素体.BWELDY700QL4焊接接头的硬度值在264～380 HV之间,焊缝处硬度最高,比母材高48 ～76 HV,热影响区虽有软化现象,但不明显.     

基于应变的疲劳可靠性设计分析方法（国家自然科学基金项目：E05010604）

任何构件(包含超静定结构系统)都是通过变形协调来平衡外载；光滑与钝缺口构件的疲劳破坏，一般起源于局部高塑性区萌生短／小裂纹及扩展；服役工程结构的强度评价，一般通过检测局部应变(史)来实现。这说明，局部应变法才是合理的疲劳设计分析技术。而且，工程结构的强度设计分析愈来愈多地采用有限元技术，也为局部应变法的推广应用奠定了良好基础。     

城际动车组车轴应力谱的极值推断

为评估车轴的可靠性或扩展车轴的应力谱，需要预判车轴全寿命期内的最大应力. 首先，综合考虑推断精度和统计效率等因素，基于Sturges公式选取0.5 MPa为组距对实测车轴应力-时间历程进行雨流计数，得到车轴应力的经验累积分布函数. 其次，针对不同的门槛限值计算应力的经验均值超限函数，通过确定经验均值超限函数的拐点确定合理门槛限值. 然后，基于Pickands-Balkema-de Haan定理，利用广义帕累托分布拟合车轴应力的超限分布函数，并通过拟合分布外推车轴全寿命期内的最大应力. 最后，利用实测车轴应力数据进行了验证. 研究结果表明:为评估车轴寿命期内的最大应力，大约需要不少于 3000 km 的线路测试；基于13.5 t轴重实测数据推断的应力极值比基于14.1 t轴重计算的校核应力高出13%，因此完全按照设计轴重满载运营，需格外谨慎.      

载重货车后桥疲劳寿命分析

以安凯车桥13t载重货车后桥桥壳为研究对象,以有限元静力学分析为基础,得出了零件的应力和变形分布图,并最终达到分析车桥疲劳寿命,预测车桥振动疲劳寿命,分析裂纹生成机理并分析裂纹延展趋势.与台架试验结果进行对比,仿真数据与试验结果基本一致,验证了所建立模型的合理性.为车桥的强度评价提供了相关数据.得到的结果满足汽车驱动桥台架试验评价指标,车桥疲劳强度满足使用要求.     

热处理对增材制造贝氏体钢组织及性能的影响

针对金属电弧增材制造过程热循环在线控制困难,导致成形组织不均、力学性能低下的问题,以辙叉用贝氏体钢为成形材料,研究了不同整体后热处理工艺对其电弧增材制造试样组织及性能的影响,并对热处理工艺进行了优化.研究结果表明:去应力退火后的电弧增材制造试样力学性能较差,且存在各向异性,经290 ℃等温淬火与280 ℃回火处理后,试样微观组织由回火索氏体转变为下贝氏体+回火马氏体,抗拉强度提升39%,屈服强度提升61%,断后延伸率提升29%,冲击韧性提升17%,硬度提升20%,且各向异性特征大大缓解,材料组织趋于均匀.      

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求，分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点，建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型，提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法；在此基础上，制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法，并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究；基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果，确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案；建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型，评估并校核了车轴的疲劳强度；建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型，验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明:17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg，比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%；内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66，临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域；采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路，主要动力学性能指标优良；在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络，据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见，内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势，且高速适应性较好，在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。      

S450EW高耐蚀性耐候钢的焊接工艺

通过斜Y铁研抗裂性试验、拉伸、冲击、弯曲、金相组织、疲劳和周期浸润腐蚀试验对S450EW新型高耐蚀性耐候钢焊接接头进行了研究.结果表明:采用TH650EW-Ⅱ焊丝对S450EW新型高耐蚀性耐候钢焊接时,可获得拉伸、冲击、弯曲及抗裂性能均良好的焊接接头;S450 EW钢材的金相组织为回火索氏体(贝氏体+铁素体),晶粒度7～8级,非金属夹杂物中硫化物0.5 ～1级,氧化铝0级;与传统耐候钢相比,接头的疲劳强度和耐腐蚀性能均有大幅度提升,为我国铁路货车的实际生产提供了理论依据.     

缺陷对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

为了研究和准确评估不同尺寸的缺陷对EA4T车轴钢疲劳性能的影响,采用钻孔法在光滑试样表面人为引入缺陷,使用旋转弯曲疲劳试验机对光滑试样和不同尺寸缺陷的试样进行疲劳试验,以获得不同试样的疲劳极限;使用扫描电镜(SEM)观察断口形貌,使用Neuber公式(基于缺口敏感性)和修正的El-Haddad模型(基于断裂力学方法)评...     

典型冷作模具钢经强韧化奥氏体化后的过冷奥氏体中温转变研究

研究了典型冷作横具钢65Cr4W3Mo2VNb,Cr7Mo3V2Si 和 Cr12MoV 经强韧化奥氏体化后的过冷奥氏体中温转变,测定了其中温转变 TTT 曲线,求出强韧化奥氏体化后钢中基体含碳量,得出了奥氏体化温度和中温转变等温温度对下贝氏体组织的影响以及中温转变等温时间对下贝氏体量的影响规律,还得出了部分低温转变对随后中温转变下贝氏体形成孕育和和下贝氏体组织的影响特点,包括连续冷却和等温马氏体转变的影响规律.     

一种高强度钢的低周疲劳特性及其微观机理的研究

研究了６０Ｓｉ２ＣｒＶＡ高强度钢在低周疲劳条件下循环变形的宏观特性,结合材料在低周疲劳过程中位错组态的电镜观察,分该高强度钢中的铁素体和回火马氏体内的位错组态的微观行为。