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.     

高速动车组新材质车轮性能研究

为提高高速铁路动车组车轮的强度、硬度,同时兼顾其韧性,进行新材质车轮的成分设计及试样制备;对试样的化学成分、拉伸性能、断面硬度、断裂韧性、淬透性进行测试,对其金相组织、微观组织和析出物进行观测,综合分析新材质车轮的性能,并与ER8车轮进行对比。结果表明:与ER8车轮相比,新材质车轮中C的质量分数相同,Mn的质量分数按常规设定,但提高Si的质量分数并添加V,使其抗拉强度提高9%,屈服强度提高12%,硬度提高15HBW,断裂韧性提高10%,断后伸长率、冲击韧性和淬透性相当;相同踏面深度下,新材质车轮珠光体团更细、珠光体片层间距更小、先共析铁素体体积分数更高;提高Si的质量分数并添加V,还使新材质车轮的微观组织结构和分布发生改变,是其具有更高的强度、硬度和断裂韧性的直接原因。     

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.     

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.     

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.     

14MnNbq,16Mnq钢及其焊接冲击韧性CVN试验研究

为全面了解铁路钢桥用材料的冲击韧性,对常用桥梁钢14MnNbq和16Mnq钢各种板厚的母材以及焊缝、熔合线试样进行系列温度冲击试验。对702个CVN冲击试验数据应用对数数学分析模型进行回归,得到桥梁钢和焊缝的通用计算表达式。研究结果表明:两种钢材的冲击韧性为三个区域带,即14MnNbq钢母材、14MnNbq钢焊缝和熔合线、16Mnq母材和焊缝;三个带的转脆起始温度依次为-30℃,-10℃和10℃;冲击功上台阶依次约为200J,150J和100J。     

高速铁路钢桥的低温脆性断裂评估

基于断裂力学理论,提出采用损伤容限法的高速铁路钢桥低温脆性断裂评估方法。采用Euoro-code3确定正交异性板钢桥面的有效宽度和等效疲劳应力幅,应用断裂力学的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,按照同时考虑脆性断裂和塑性屈服断裂影响的R6破坏模式确定设计应力强度因子,根据裂纹的长度、冲击功和转变温度确定含裂纹钢板在不同温度下的断裂韧性,并考虑板厚对冲击功的影响,桥梁结构中焊接残余应力、列车速度、钢板弯曲成型等因素对钢桥低温脆性断裂的影响。该方法适用于无试验条件确定含裂纹钢板低温断裂韧性情况下的低温脆性断裂评估,也可用于钢桥的疲劳强度降低程度、使用寿命内检查次数和焊缝修补次数的确定。应用此方法对欧洲某高铁钢桥的钢横梁下翼缘进行-40℃条件下的低温脆性断裂评估结果表明,当列车速度大于150km.h-1且钢横梁、钢吊杆等局部构件活载应力在70MPa以上时,等效降温已经达到-5℃以上,此时必须考虑列车速度对其脆性断裂的影响,而对应变速率小于0.002 5s-1的构件可以不考虑列车速度对脆性断裂的影响。     

钢结构厚板母材及其焊接影响区的Z向冲击性能试验

为研究厚板及其焊缝在z向下的冲击性能,积累Z向冲击功的数据,为今后衡量评价z向性能提供实验依据,采用Q345B结构钢材,针对厚度60一165mm的板,在不同尺寸焊缝的十字形连接下沿轧制方向和板厚方向（z向）取样,在常温和低温下进行夏比y形缺1：2冲击试验。分析冲击功的变化规律,并用Bohzman函数进行拟合并分析韧脆转变温度。对试样断1：2进行电镜扫描分析。研究结果表明：z向取样,温度降低皆会对冲击韧性产生较大的影响,板厚及焊缝尺寸的增加也会对冲击韧性产生不利的影响,但相对较低。     

18CrNiMo7-6钢韧脆转变温度的研究

对热处理后的齿轮钢18CrNiMo7-6进行低温(-60~0℃)夏比冲击试验,利用Boltzmann函数拟舍得到冲击功、侧膨胀值与温度的关系曲线,结合断口形貌简要分析了该材料在脆性及韧性条件下的断裂行为,并获得脆性断面率50%所对应的试验温度(即FATT50)。结果表明:18CrNiMo7-6钢韧脆转变温度区间为-30℃~-20℃,0℃下的断口微观形貌为韧窝状,随着温度降低,逐渐变成解理形貌,且发现原材料的组织偏析会使材料的冲击韧性变差。     

碳含量对车轮钢滚动摩擦磨损性能影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究碳含量对车轮钢滚动摩擦磨损性能影响。结果表明:碳含量对车轮材料滚动摩擦系数基本无影响;随碳含量增加车轮钢硬度增加,耐磨性增强导致磨损量降低;车轮硬度增加导致对摩擦副钢轨试样磨损量增加,且轮轨试样总磨损量呈现增加趋势;车轮与钢轨试样两者损伤形态存在一定差异;碳含量为0.64%时车轮钢容易发生小块剥落损伤,而0.5%含碳量时容易发生大块状的剥落;钢轨试样主要表现为表面剥层损伤。     

铁路桥梁用钢冲击韧性标准研究

研究应用裂纹尖端张开位移(CTOD)试验和冲击韧性试验结果,建立以断裂吸收功为介质的CTOD与冲击韧性的关系。指出制订防断韧性标准的控制因素为材料满足不发生脆断的最低吸收能量、试验温度与实桥温度和列车加载速率的温度移位。研究表明,达到CTOD某临界状态所需吸收功与温度无关。指出采用韧—脆破坏准则制定韧性标准更适合桥梁工程。根据我国地区温度范围,制定出不同板厚冲击韧性检验基本标准。经过比较认为该标准在国际上居中偏严。     

CTOD与BS7910结合的桥梁钢断裂韧度评定方法

针对应用裂纹尖端张开位移(CTOD)评判指标评定桥梁钢和焊接接头的断裂韧性时缺少依据的问题,提出将CTOD试样的单边疲劳预裂纹作为缺陷,运用BS7910《金属结构缺陷可接受性评定方法指南》的失效评定曲线对桥梁钢的CTOD值进行评定。具体方法是根据对应桥梁钢CTOD试验温度下的单轴拉伸应力—应变曲线,得到桥梁钢真应力—真应变曲线,然后按照BS7910的2B级评定方法得到桥梁钢的CTOD的失效评定曲线,最后根据桥梁钢的CTOD值在失效评定曲线图上所处的位置对其合格性进行评定。应用该方法对某大跨度斜拉桥用50,60和100mm厚的S420ML桥梁钢进行评定,结果表明,这3种厚度的S420ML桥梁钢的CTOD值均在失效评定曲线图中可接受区域内,它们的断裂韧度均为合格。     

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。     

纤维种类与尺寸对喷射混凝土弯曲韧性的影响

选取不同种类与尺寸的4种型号的纤维,分别以0.7%和1.0%的体积掺量制成混凝土试件进行预切口三点弯曲试验,由混凝土弯曲荷载与跨中挠度的关系曲线计算出纤维喷射混凝土的弯曲韧性指数,进而分析研究纤维种类、几何尺寸及掺量对纤维喷射混凝土弯曲韧性的影响。结果表明:纤维掺量和形状相同时,纤维长度越长混凝土的弯曲韧性提升效果越显著,但纤维长度的确定需考虑对混凝土工作性的影响;对于钢纤维和有机纤维,端部弯钩或表面压痕均可增大纤维与基材之间的黏结力,提高弯曲韧性;与钢纤维相比,有机纤维PP30-55对喷射混凝土弯曲韧性的提升效果更显著,体积掺量1.0%时弯曲韧性指数I5=13.10。     

钢纤维混凝土力学性能和弯曲韧性研究

为研究钢纤维混凝土的力学性能、弯曲韧性及最优钢纤维掺量,进行掺量为25、30、35、40 kg/m3的4组(每组15根)钢纤维混凝土切口梁试验。通过对荷载-挠度变化规律曲线分析,发现钢纤维掺入对混凝土开裂后的力学性能、弯曲韧性有显著提高,开裂后荷载二次峰值较初裂荷载最大提高了41.5%;基于CECS 13∶2009标准,分析钢纤维混凝土的能量吸收和弯曲韧性比,获得单位质量钢纤维能量吸收与钢纤维掺量的曲线关系,并推导弯曲韧性比与钢纤维掺量间的关系式,结果认为掺量为36 kg/m3时钢纤维能够最大程度发挥其弯曲韧性作用。     

滨北桥钢板及焊接接头质量标准研究

滨北线松花江公铁两用钢桁梁桥处严寒地区哈尔滨,设计最低温度为-43.1℃时,桥梁用结构钢Q370q E、Q420q E的各项力学性能指标在规范中没有规定,因此有必要开展钢板及焊接接头质量标准研究。根据断裂力学原理,以防断裂设计即结构材料所具有的断裂抗力Kc必须高于结构物所要求的最高断裂驱动力KI(KC≥KI)为理论依据,通过试验数据确定采用Q370q E、Q420q E高强度结构钢作为滨北桥的结构用钢,得出钢板焊缝的强度、韧性以及钢板的断裂抗力、焊缝冲击功等指标的设计限值及板厚与温度的变化关系,为确保滨北桥钢板及焊接接头技术指标的要求,提出焊缝的韧性与钢材强度的韧性相匹配原则。     

城际轨道交通动车组一系钢弹簧断裂故障问题研究

一系钢弹簧是动车组重要的承载和减振部件,其故障问题主要集中在断裂和磨损上。目前对于钢弹簧断裂故障的分析大多基于仿真和材料学分析方法,而未对其异常受力根源进行深入研究。从振动响应角度对某动车组一系钢弹簧疲劳断裂故障问题进行深入分析,综合理化分析、振动模态测试以及车轮状态调查,找到钢弹簧失效的根本原因,即车轮存在多边形,且其产生的强迫振动导致钢弹簧发生接触性疲劳断裂。通过车轮镟修,解决了钢弹簧断裂故障问题。     

严寒地区高速铁路接触网金属材质探讨

论述了不同金属材质在低温环境下的一些机械特性,并结合高速铁路接触网特点进行了分析,认为低温冲击韧性是选择金属材质应重点考虑的因素,然后针对受低温影响较大的钢材质进行了分析并得出了一些结论,最后提出了严寒地区高速接触网材质选型上的几个建议。