不同比例过渡对变截面对接接头疲劳性能的影响

文章以轨道货车常用的Q450NQR1高强度耐候钢为试验材料,研究了比例过渡分别为1∶3、1∶4、1∶5时,对接接头的疲劳性能。结果表明：当指定寿命为5×10⁶次时,比例过渡为1∶3的变截面对接接头中值疲劳极限最高,达到193 MPa。随着比例过渡逐渐增大,中值疲劳极限逐渐下降,比例过渡为1∶4、1∶5时,中值疲劳极限分别为149 MPa、129 MPa。断口微观形貌分析表明：不同比例过渡下接头的裂纹源一般集中于板厚较低一侧的焊趾处,无明显缺陷的出现,启裂区断口齐整光滑、疲劳源分布清晰;扩展区可观察到相互平行的塑性疲劳条带;终断区断口呈明显的韧窝型韧性断裂。     

推凸质量对钢轨焊头使用性能的影响

对取自成昆线的气压焊和闪光焊接头处的断裂钢轨试件进行了金相、硬度、宏观断口和微观断口分析,以研究焊接接头断裂原因。金相和硬度分析未发现明显异常组织出现和硬度分布,断口分析表明试件均为疲劳断裂,裂纹源位于焊瘤趾部或焊瘤内部靠近轨腰表面处。     

不同错边量对6005-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

控制6种不同装配错边量参数,对采用双轴肩搅拌摩擦焊的高速列车用6005-T6铝合金型材接头进行脉动拉伸疲劳试验,同时对疲劳断口进行了SEM分析。结果表明:随错边量的增加,接头指定1×10~7循环次数疲劳强度明显降低;当错边量控制在0.5 mm以内时,焊接接头的疲劳极限强度较高;装配错边量超过0.7 mm时,疲劳强度迅速下降;疲劳试件断裂位置主要位于焊核边缘。扫描结果显示:启裂区疲劳源清晰;扩展区疲劳纹与裂纹延伸方向垂直;终断区可观察到典型的深韧窝状韧型断口。     

钢轨闪光焊接轨头焊缝缺陷分析

通过对钢轨闪光焊接头样品的超声波探伤检查和钢轨接头轨头受拉静弯试验,分析断口微观形貌和疲劳源区能谱、剖面显微组织和剖面形貌及能谱,提出钢轨接头焊缝未焊合缺陷构成疲劳裂纹源、疲劳裂纹扩展产生钢轨接头大面积核伤和钢轨闪光焊接头轨顶面下10～15mm附近容易出现焊缝未焊合缺陷等结论;提出铺设前对新焊接钢轨接头焊缝进行全断面超声波探伤检查、研究开发现场焊接接头热处理中频感应加热方式、优化焊接工艺参数和调整检验规则等建议。     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的影响因素

对转向架用SMA490BW钢焊接试样,采用冲击电流为1.5A、冲击时间分别为5,10,15或20min的超声冲击、低温热处理、机械打磨(磨平焊缝余高、打磨焊趾)的处理方法,通过残余应力测试和超声疲劳试验,对比分析应力集中、晶粒细化、残余应力等因素单独作用时对焊接接头超高周疲劳性能的影响程度,并借助扫描电镜观察疲劳断口,分析焊接接头超声冲击前后的裂纹萌生位置变化及失效模式。结果表明:经超声冲击或机械打磨后,焊接试样的疲劳寿命均得到不同程度的提高;磨平焊缝余高对提高焊接接头疲劳寿命最为显著,较原始焊接试样其疲劳寿命可提高约86.4倍;改善应力集中、细化表层晶粒、引入残余压应力对延长焊接接头寿命的贡献比分别约为59%,28%和13%;焊态及冲击态试样的疲劳裂纹大多萌生于焊趾表面,部分冲击态试样的裂纹转而从表面的机械加工的缺陷处萌生,少数从材料内部缺陷处萌生并扩展至断裂失效。     

LZ50车轴钢超长寿命旋转弯曲疲劳性能

使用旋转弯曲疲劳试验机在室温空气中测试LZ50车轴钢的S-N曲线以获得其在超长寿命区域的疲劳性能.结果显示,材料在弯曲5×106～109次时达到疲劳极限;在高于疲劳极限的应力范围,材料的S-N曲线满足三参数方程.对材料表面及断口的观察表明,疲劳裂纹始于材料表面铁素体组织,裂纹起始位置的断口上没有夹杂物等材料缺陷存在.上述结果与既有文献报道的研究结果不同,既有文献认为夹杂物在超长寿命区引起疲劳破坏.为了阐明LZ50车轴钢中夹杂物是否会引起材料在超长寿命区的疲劳破坏,使用测定的裂纹扩展门槛值和断裂力学理论分析了夹杂物引起车轴钢疲劳裂纹扩展的临界尺寸.     

超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

为提高转向架焊接构架焊接接头的超高周疲劳性能,分别采用不同冲击参数和冲击方式下的超声冲击和机械打磨,处理动车组转向架用SMA490BW钢的焊接接头,并利用超声疲劳试验系统测试处理前后焊接接头的超高周疲劳性能。通过残余应力测试、金相组织和断口形貌观察,分析用超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明:在330 MPa应力条件下原始焊态接头的平均疲劳寿命约为0.252×107周次,经机械打磨后疲劳寿命可提高至1.232×107周次,提高约5倍;在2.0A冲击电流下对焊趾及焊根处进行20min的局部超声冲击后,其疲劳寿命可达4.978×107周次,提高约20倍;残余压应力的引入、表层晶粒的细化和焊趾外形的修整是焊接接头疲劳性能得到提高的主要原因;焊接接头经过超声冲击强化后,疲劳裂纹的萌生位置可能从焊趾或焊根处转移到材料表面其他缺陷处。     

75kg/m钢轨铝热焊接头断裂失效研究

2010年下半年75 kg/m PG4淬火轨铝热焊断裂接头部分出现了同一形式的断裂方式.本文通过宏观断口形貌、断口扫描电镜分析、裂纹源及扩展区域金相观察,以及力学性能测定等手段对断裂接头进行失效分析.分析认为,断裂接头的起裂位置是在轨头下颚与焊筋边缘相交处,通过疲劳裂纹扩展,焊接接头经过一段工作周期后发生脆性断裂.断裂原因主要有PG4淬火轨铝热焊接头硬度的不匹配和焊缝与母材熔合处溢流飞边因素的影响.     

焊前轨端轨腰裂纹造成焊接接头伤损的研究

通过对焊接接头伤损典型案例中轨腰裂纹的断裂形态以及裂纹源区的断口宏观形貌、金相组织等特征的分析，指出焊接前存在的轨腰裂纹是导致接触焊焊接接头形成轨腰纵向、斜向裂纹和横向断裂的主要原因，并分析讨论了轨端轨腰裂纹产生的原因。     

钢轨焊前轨端轨腰裂纹造成焊接接头伤损的研究

通过对多起焊接接头伤损典型案例的分析研究,综合描述几种轨腰裂纹的断裂形态以及裂纹源区的断口宏观形貌、金相组织等典型特征,确定在焊接前轨端存在轨腰裂纹是导致接触焊焊接接头形成轨腰纵向、斜向裂纹和横向断裂的主要原因,并分析讨论了轨端、轨腰裂纹产生的原因。     

超声冲击对转向架用16MnR钢焊接接头疲劳性能的影响

采用HJ2-Ⅱ型超声冲击枪,对转向架用16MnR钢的焊接接头表面进行超声冲击处理.利用EHF-EM200K2-070-1A疲劳试验机,采用较低载荷频率(低于10 Hz)对16MnR钢焊接接头超声冲击前后的疲劳性能进行对比试验.试验结果表明:在疲劳寿命为2×106时,焊接接头试样在超声冲击处理前后的疲劳强度分别为265和325 MPa,提高了22.6％;超声冲击处理后焊接接头的疲劳寿命是处理前的51～59倍.经过超声冲击处理后,焊接接头焊趾处的应力集中程度和焊接残余应力降低,表明超声冲击处理对提高16MnR钢焊接接头疲劳性能具有显著的效果.     

15MnVNq钢焊接接头疲劳裂纹扩展规律的研究

采用国家标准ＧＢ６３９８－８６规定的试验方法，对１５ＭｎＶＮｑ钢焊接接头在疲劳裂纹扩展中速区和近门槛值区的裂纹扩展规律进行了深入的研究。在应力比，残余应力对疲劳裂纹扩展的影响方面获得了有价值的成果。本文还在疲劳断口的研究方面进行了新的尝试，探讨了二次裂纹对疲劳裂纹扩展的影响。     

40Cr钢超高周疲劳性能及疲劳断口分析

采用超声疲劳试验方法研究40Cr钢在105周次～1010周次范围内的疲劳性能,其载荷频率为20kHz。用扫描电子显微镜分析了疲劳断口形貌特征。结果表明,40Cr钢的S N曲线始终保持下降趋势,且随疲劳循环数的增加,在106周次处并没有传统意义上的水平段;107周次疲劳强度为443MPa,1010周次疲劳强度为235MPa,二者存在明显差别;超声疲劳断口的扫描电子显微分析结果表明,40Cr钢超声疲劳断口显微形貌与常规疲劳载荷下的疲劳断口形貌无明显差异,疲劳裂纹在光滑试样表面或近表面材料缺陷处萌生,扩展区断口显微形貌观察到明显的疲劳辉纹。     

高强度热处理钢轨闪光焊接头断裂原因分析

国内一重载铁路服役过程中高强度热处理钢轨闪光焊接头发生断裂。采用体视显微镜、光学显微镜和扫描电镜对断口宏微观形貌、金相组织等进行检验,分析接头断裂原因。结果表明:接头断裂是在循环载荷作用下的疲劳断裂,接头轨底脚严重氧化的黑色区域是裂纹源区;由于顶锻量过大,焊接流线升角达到71.5°,在车轮的循环载荷作用下,接头轨底脚沿流线逐渐开裂氧化,并以此为疲劳源向轨底中心区缓慢疲劳扩展,最后导致接头瞬间脆性断裂。     

地铁线路钢轨闪光焊接头轨头下颚伤损原因分析

国内某地铁线路在服役2年多后,钢轨的闪光焊接头出现了多起轨头下颚伤损,裂纹从轨头下颚焊筋边缘处发生,并快速发展为严重缺陷,最后导致接头断裂。通过对该受损接头进行外观检验,采用光学显微镜、扫描电镜等设备对裂纹的断口形貌、金相组织等进行检验,找到了下颚伤损的具体原因：该轨头下颚处推瘤后焊缝余高超标,推瘤与母材形成的夹皮未打磨干净,由此形成了明显的尖角,导致应力集中;加上该处在焊后正火过程中脱碳,形成了大量的铁素体组织,导致钢轨疲劳强度降低;列车运行中,在轮轨反复作用力下,轨头下颚推瘤夹皮与母材尖角处形成裂纹源,并逐渐扩展形成疲劳核伤,裂纹进一步扩展后导致接头断裂。     

钢轨闪光焊接头过热区缺陷的形成机理及预防方法

对钢轨闪光焊接头轨底过热区出现的微裂纹缺陷的形成和扩展机理进行了分析,并结合相关疲劳试验及断口扫描,证明裂纹缺陷与钢轨母材带状组织中的Mn S夹杂物有关。Mn S夹杂物沿着带状组织纵向层状分布,弱化带状组织垂直方向的强度。焊接加热使得其强度进一步下降。焊接末期的顶锻和推凸使得带状组织沿垂直方向承受较强的剪切应力,当剪切应力值超过带状组织垂直方向的强度时就会出现微小裂纹。存在这类裂纹的落锤断口特征是在裂纹源区宏观断口可观察到微小裂纹及空洞。控制该缺陷产生的方法是减小母材成分偏析和提高推凸时的接头温度。     

重载铁路道岔区钢轨接头轨腰裂纹伤损整治

针对重载铁路岔区PG4钢轨产生轨端裂纹的问题,通过伤损钢轨及夹板宏观形貌观察和尺寸测量、断口表面宏观微观形貌观测、断口金相组织检验、伤损钢轨理化性能检验等试验分析裂纹类型及产生的原因,并提出相应的整治措施。结果表明：钢轨伤损类型为起源于钢轨端面的轨腰水平裂纹,产生的主要原因是钢轨端面存在马氏体组织;应对短轨接头端面进行打磨或者端铣处理,对短轨接头进行焊复,加强接头区域养护,综合整治接头病害,严格控制钢轨胶接绝缘接头作业质量,利用大中型养路机械作业恢复道床弹性,从根本上避免钢轨轨端裂纹的产生。     

表面处理对动车组用铝合金焊接接头超高周疲劳性能的影响

采用超声冲击和磨平焊缝余高2种表面处理方法对高速列车用A7N01P高强铝合金焊接接头焊趾及焊缝处进行处理,利用超声疲劳试验机,研究母材与未处理和处理后焊接接头的超高周疲劳性能;借助扫描电镜(SEM)观察疲劳断口形貌,并借助显微硬度计和透射电镜(TEM)研究冲击后铝合金焊接接头冲击层的显微硬度变化和晶粒细化现象;探讨超声...     

高速铁路用38Si7弹条疲劳失效原因分析

针对38Si7弹条疲劳断裂失效的问题，通过显微组织及断口分析、硬度测试、脱碳层测定等分析其断裂原因。结果表明：弹条的微观组织为回火屈氏体，残余铁素体不大于2级，组织无异常问题；通过优化轧制过程工艺参数将轧材表面完全脱碳层深度降低69%，未能有效提高成品弹条疲劳寿命；裂纹源来自表面压痕，开裂位置为弹条尾部支点，压痕缺陷是导致弹条断裂的最主要原因。经过优化成型模具，消除了弹条表面压痕，提高了成品弹条的疲劳寿命。     

45~#车轴钢疲劳性能试验研究

通过非金属夹杂物检验和室温拉伸试验,在确保材料的冶金质量和力学性能符合标准要求的基础上,进行旋转弯曲疲劳试验和断口分析,对45#车轴钢的疲劳性能进行研究。结果表明:与光滑试件相比,带有深度为0.75mm缺口的试件,其疲劳极限应力降低44%,其S—N曲线左段部分的斜率更大;其缺口敏感系数为0.79;表面应力集中是导致光滑试件萌生疲劳裂纹的原因;在有缺口的试件断口截面上存在多个疲劳源区,裂纹萌生在缺口的前缘,而且主要是由于缺口处应力集中所致;较大尺寸的非金属夹杂物也是导致车轴钢可能产生疲劳裂纹的启裂源。