在线热处理贝氏体钢轨三维残余应力研究

采用锯切应变片法与X射线衍射法,对75 m定尺在线热处理贝氏体钢轨全断面三维残余应力进行表征,研究两种残余应力测量方法的适用范围。结果表明:通过两种方法测得的钢轨头部、中部、尾部纵向残余应力分布规律基本一致,均呈C形分布,即轨头和轨底为残余拉应力,轨腰为残余压应力;轨头轨面下30 mm深度范围内为纵向残余拉应力;内部残余应力一般低于外表面残余应力;钢轨全断面垂向、横向残余应力相对较小。建议在钢轨母材残余应力检验与评价等工程领域采用较为简便与高效的锯切应变片法,在钢轨应用技术与伤损分析等研究领域采用更具局部微小区域针对性的X射线衍射法。     

钢轨轨底残余应力限定值的研究

热轧钢轨中轨底残余拉应力的存在对钢轨性能有很大的影响，因而对轨底最大残余应力加以限定是非常必要的。通过对国产不同轨型、不同钢种和不同钢厂生产的钢轨残余应力分布状况的测定和分析，以及参考国外钢轨相关标准，建议目前国产钢轨轨底残余拉应力限定值最好小于200MPa。     

典型生产工艺对无碳化物贝氏体钢轨组织与性能的影响

基于矫直、回火和在线热处理3种典型钢轨生产工艺,采用不同工艺组合工业试制5种无碳化物贝氏体钢轨;基于扫描电子显微镜、透射电子显微镜、背散射电子衍射法和X射线衍射法,分析无碳化物贝氏体钢轨的微观组织;采用布氏硬度、单轴拉伸、锯切应变片法、冲击韧性、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速度测试等试验,研究典型生产工艺对无碳化物贝氏体钢轨组织和力学性能的影响。结果表明:矫直使无碳化物贝氏体钢轨中的残余奥氏体体积分数自12.44%降至10.6%,有利于促进亚稳态残余奥氏体的转变;回火稳定残余奥氏体,提升冲击韧性20%以上;在线热处理降低残余奥氏体体积分数,提高屈服强度19%以上,尤其能提高抗拉强度和冲击韧性,对轨底残余应力的影响不大。据此,为了综合提升无碳化物贝氏体钢轨的耐磨性和抗接触疲劳性能,在提高屈服强度和抗拉强度的同时增大残余奥氏体体积分数,以提升加工硬化能力和塑性。     

钢轨内残余应力的危害及评价方法

钢轨内的残余应力的大小和分布将直接影响钢轨的使用性能。本文从钢轨的生产工艺入手，分析了钢轨内残余应力的产生原因和危害，并介绍了钢轨内残余应力的评价方法。     

热轧钢轨中残余应力的测试与分析

通过对热轧钢轨中残余应力测试和评定方法的比较,以及对国产和进口钢轨的残余应力进行测试和分析,找出国产热轧钢轨在残余应力控制方面与国外钢轨存在的差距。根据影响热轧钢轨残余应力的因素,提出降低和优化钢轨中残余应力的措施。     

贝氏体钢轨母材轨头核伤原因分析

通过断口宏观与微观形貌观察、扫描电镜及能谱分析、金相显微组织分析等方式对3根贝氏体钢轨母材轨头核伤的原因予以分析,发现伤损均为氢致裂纹引起的轨头内部横裂型核伤。断口中心区域存在粗大的非金属夹杂物是导致钢轨中的氢在此处富集并形成裂纹的主要原因。贝氏体钢轨氢致裂纹型核伤的主要特征有:伤损位于轨头内部踏面下方4～10 mm处,断口中部存在粗大夹杂物;断口附近的低倍样中观察不到微细裂纹。通过采取改进生产工艺、降低钢中的氢含量(将钢水氢含量控制在1.7×10-6以下)、减少钢中的粗大夹杂物等措施,再上线的贝氏体钢轨未出现该类伤损。     

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.     

钢轨材料特性对轨头内弹塑性接触应力场的影响

钢轨的材料参数直接影响着钢轨的屈服现象和应力状态，文章详细地研究了轨头内弹塑性接触应力场与钢轨材料参数（弹性模量，泊松比，应变硬化模量，屈服极限）的相互关系。     

钢轨纵向应力的超声波检测

钢轨纵向应力是铁路安全与维修中一个突出的问题。日常及季节性的温度变化使无缝钢轨产生很高的纵向应力(LRS)。一旦钢轨中出现过大的纵向拉应力,会导致钢轨绝缘连接板及其他钢轨扣件出现疲劳。当出现过大的纵向压应力时,可能引起胀轨,该问题已经成为铁路行业进行安全方面研究的重点。此项研究的目的是为铁路企业在需要的地点提供对钢轨纵向应力进行检测的能力,以便采取合理有效的预防性维修。目前正在内布拉斯加-林肯大学(UNL)进行的研究,由美国联邦铁路局(FRA)提供支持,重点是利用超声波对钢轨纵向应力进行检测*。超声波速度与固体中应力之间的关系,也被称作是声电效应,是此次研究的基础。基础开发工作在内布拉斯加-林肯大学的试验室及有一小段轨道的所谓"工地试验室"内进行。试验室内开发的测量技术被运用到实际现场当中。当前正在将超声波检测数据与安装在钢轨上的应力模块检测的数据直接进行比较。*这些最新的技术,有利于通过移动平台完成钢轨纵向应力的检测。     

滑差对贝氏体钢轨材料磨损行为的影响

通过对磨试验研究接触应力相同时贝氏体钢轨的磨损率、表面粗糙度、硬度,并结合扫描电镜观测到的磨损表面和剖面的形貌特征,分析不同滑差条件下贝氏体钢轨的磨损行为特征和变化规律.结果表明:接触应力为500 MPa条件下,贝氏体钢轨磨损率随滑差的增大而显著增大,滑差由2%增大到10%时磨损率增大了8倍;小滑差条件下的贝氏体钢轨表面较光滑,有少量疲劳裂纹,以滚动接触疲劳磨损为主;大滑差条件下表面粗糙,有疲劳裂纹、剥落坑和表面划擦痕迹,更接近滑动磨损;增大滑差可导致磨损表面加工硬化率偏大;增大滑差对贝氏体钢轨表面的滚动接触疲劳裂纹在深度方向的扩展几乎无影响,且对塑性变形层厚度影响不明显;大滑差可引发亚表面次表层裂纹.     

YOLOv5超声波图像识别技术在高原高寒钢轨探伤中的应用

高原高寒地区环境复杂、昼夜温差大,对铁路建设与运营产生不良影响,容易发生由于钢轨内部伤损引起的断裂事故。研究基于YOLOv5的超声波图像识别技术在青藏铁路钢轨探伤检测中的应用,特别是针对轨头核伤、轨面鱼鳞伤等常见伤损类型进行检测。通过智能钢轨探伤仪采集高寒地段钢轨数据,以YOLOv5方法对数据集进行整理、处理和模型训练,精准识别和定位轨头核伤、轨面鱼鳞伤等损伤。研究表明,基于YOLOv5的模型在识别和定位各类钢轨损伤方面具有很高的准确性和实时性,可以同时进行目标检测和类别分类,并能在保持较高准确度的同时实现快速检测。提供一种新的、更有效的钢轨探伤检测数据分析方法,有助于提高铁路安全和运营效率。     

大准铁路快速相控阵钢轨探伤技术研究

随着大准铁路运量逐年增加,钢轨伤损数量增多,种类复杂化,危及铁路行车安全。目前大准铁路钢轨探伤主要采用手推式探伤仪,效率低,成本高。近年来国内各铁路企业逐渐引进国外大型钢轨探伤车,取得了一定的使用效果,但受对中不良等因素制约,核伤漏检率高,无法适应国内重载铁路钢轨探伤需求。本文基于国际先进的快速相控阵技术,提出一种相控阵超声波探头布局方式,在高速、高效检测前提下,可较好兼容不同轨型或不同打磨量钢轨,有效克服了对中不良等问题对检测的影响,提升了钢轨缺陷尤其是轨头核伤的检出率,节省了探伤成本。     

轨底坡和轨头廓面对钢轨接触疲劳伤损的影响研究

LM型货车车轮分别与我国60 kg/m钢轨和美国136RE牌号钢轨匹配条件下,60 kg/m钢轨1:40轨底坡时,轮轨接触斑面积比1:20轨底坡的面积小;美国136RE牌号钢轨在1:40轨底坡条件下的轮轨接触斑面积与60 kg/m钢轨在1:20轨底坡时接触斑面积相当.铺轨试验结果表明,60 kg/m钢轨在1:20轨底坡时,接触疲劳伤损明显比1:40轨底坡轻;SS钢轨在同样的1:40轨底坡条件下其伤损明显比U75V钢轨轻,实际使用寿命明显延长.     

超声冲击处理对铸钢件焊接残余应力的影响

以B级钢( ZG25 MnNi)焊接结构为对象,对混合气体保护焊焊缝进行了全覆盖超声冲击试验,研究了超声冲击处理对焊接残余应力的影响.焊接残余应力测量结果表明:焊后进行的焊缝全覆盖冲击可以在焊缝表面以下一定深度有效地引入有益的压应力层,从而改善焊接残余应力分布;超声冲击处理对焊接接头残余应力的改善效果强于采用焊前预热等处理工艺;焊前预热和焊后缓冷措施将在一定程度上降低超声冲击后的焊缝不同区域产生的残余压应力.     

焊接残余应力对钢板梁极限承载力的影响

用作者提出的钢板梁面内极限荷载的半解析初应力解法，定量地分析了残余应力对钢板梁面内极限承载力的影响，并与试验结果进行了比较，数值结果表明，残余应力降低钢板梁的极限承载力在１０％以内。     

钢轨探伤中70°探头超声场的研究

文章阐述了研究７０°探头在钢轨中的超声场的必要性及方法，形象直观地描述出７０°探头在钢轨中超声场的形貌并围绕超声场讨论了有关轨头超声波探伤的有关问题。     

车轮几何形状对残余应力及轮辋变形发展的影响

用理论模拟和试验室试验详细论证了车轮几何形状对破坏性残余应力、轮缘轴向热变形及冷却后的轴向永久变形发展的影响。研制出了一种新的车辆几何外形，该车轮是有应力低、能承受较大的闸瓦制动热负荷、减少轮缘轴向永久性热变形等优点。该车轮设计是安全及运行性能所希望的。     

钢轨打磨对重载铁路小半径曲线钢轨波磨的影响

针对朔黄铁路半径400 m曲线区段的钢轨波磨问题实施了个性化钢轨廓形打磨,基于C80货车和曲线线路参数建立了车辆-轨道耦合动力学模型,仿真研究了钢轨打磨前后各项车辆动力学性能、曲线通过能力,给出了波长200～500 mm时打磨前后波深安全限值。结果表明：钢轨打磨很难彻底消除波长300 mm以上的波磨,但可以大幅降低轮轨力、轮轨蠕滑力、车体和侧架振动加速度等动力学指标;钢轨打磨后曲线上股轮轨接触形式由轨顶和轨侧两点接触变为贴合式接触,且上下股轮径差增大,车辆通过能力和安全性提升,钢轨磨耗指数显著降低,相较打磨前波深安全限值提升约0.2 mm。     

焊接残余应力对钢结构疲劳性能影响研究

针对机车车辆各焊接承载部件的结构疲劳性能,在广泛参考和借鉴国际上动态承载焊接结构的疲劳研究成果,并对各种现行国内外工业设计标准或规范进行对比研究的基础上,主要就焊接残余应力的结构疲劳性能影响及其考虑方式相关内容进行了详细和深入的探讨.明确在机车车辆各焊接承载部件的焊缝接头疲劳设计、强度评定及寿命预测分析中,必须重视焊接残余应力的疲劳影响作用,并应依据实际结构几何及焊缝接头形式、承载特点、残余应力真实分布等因素,采取适当方法予以合理考虑.     

钢轨焊接接头平直度的影响因素

为提高热处理后钢轨焊接接头平直度的控制精度,实验分析实际生产工艺和不同支撑条件下钢轨焊接接头分别静茕20 h及30 d时上拱量及残余应力的变化.结果表明,当2 m长钢轨焊接接头试样的轨顶温度从55℃冷却到室温25℃时,其上拱的减小最约为0.1 mm;在自由放置状态、支撑两边和支撑中间3种支撑条件下,试样的变形量相似;试...