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四种车轮材料与U75V钢轨匹配时的磨损与损伤行为研究
| 论文题名： | 四种车轮材料与U75V钢轨匹配时的磨损与损伤行为研究 |
| 关键词： | 铁路运输;车轮材料;钢轨;摩擦系数;疲劳裂纹;疲劳损伤 |
| 摘要： | 由于铁路运输拥有运输效率高、运输能力大、受气候等自然条件影响小、成本低、安全可靠、环保等特点，其迎来了客运高速化、货运重载化的全新发展时段，更是形成了世界铁路网规划。铁路新的发展趋势也使轮轨间的接触问题更加复杂，诸如轮轨磨耗、滚动接触疲劳等问题都与材料表层塑性变形息息相关。本文利用MMS-2A屏显式摩擦磨损试验机进行模拟试验，利用电子天平、硬度仪、轮廓仪、光学显微镜、扫描电子显微镜等分析设备分别研究了不同轮轨材料匹配下和变轴重工况下的轮轨滚动磨损、塑性变形和损伤特性，以及轮轨表层塑性变形随时间变化的形成过程及其对轮轨疲劳裂纹萌生与扩展的影响。试验研究得到主要结论如下: (1)随着车轮与钢轨试样硬度比的增大，车轮表层塑性变形层厚度逐渐减小，对摩副钢轨则呈现先增大后减小的趋势，且钢轨表面萌生的疲劳裂纹的末端扩展角度有增大的趋势，使钢轨的疲劳损伤形式由材料的剥落向断裂失效转变。 (2)随着轴重的增大，车轮和钢轨试样的磨损加剧，轮轨接触摩擦系数呈增大趋势，且摩擦系数趋于稳定后的波动系数越小;轮轨间接触应力的增加，会导致晶体滑移线滑移深度增加，塑性变形层厚度增大;随着轴重的增大，车轮材料的磨损机制由黏着磨损逐渐向疲劳裂纹损伤转变，钢轨材料主要变现为疲劳磨损，由疲劳短裂纹向疲劳长裂纹及多层剥落磨损转变。 (3)轮轨表层材料在循环接触应力的作用下，珠光体和先共析铁素体组织逐渐发展为片状组织，表层材料会产生沿滚动方向的晶体组织滑移，形成塑性变形层。随着轮轨接触逐渐趋于稳定，轮轨表层塑性变形层的加工硬化使得表层材料抗塑性变形能力增强，塑性变形层厚度变化很小，达到塑性安定状态。 (4)轮轨表层累积的塑性流动超过变形极限或变形后的片状组织滑移幅度产生差异，会引起材料表面或亚表面萌生裂纹。车轮试样的主要损伤形式表现为疲劳裂纹损伤及黏着磨损，在实际车轮选材上，若需防止车轮因疲劳裂纹引起的剥落磨损过度，尽量选择耐磨性较强的车轮材料。钢轨材料宜选取屈服强度较高、抗疲劳损伤性能好的材料，防止钢轨表面出现深层剥落磨损，减小因钢轨断轨而引发的铁路安全事故。而钢轨材料宜选取屈服强度较高、抗疲劳损伤性能好的材料，一定程度上减轻钢轨表面的疲劳裂纹损伤，预防因扩展入心部的疲劳裂纹引起的铁路断轨事故。 |
| 作者： | 陈水友 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 刘启跃 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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