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轴重和速度对轮轨材料滚动磨损与损伤性能研究
| 论文题名： | 轴重和速度对轮轨材料滚动磨损与损伤性能研究 |
| 关键词： | 轮轨材料;列车轴重;行车速度;滚动磨损;损伤行为 |
| 摘要： | 高速铁路与重载铁路是中国铁路两大发展趋势，即客运朝着高速铁路方向发展，货运朝着重载铁路方向发展，并逐步实现客货分运，以便更加合理有效地运营和管理铁路。同时，速度和轴重的增加对轮轨系统的安全性、轮轨材料的抗磨性能和抗疲劳性能提出了更高的要求。因此，系统地研究轴重和速度对轮轨材料磨损与损伤行为的影响、更加全面地分析不同轴重和速度参数下轮轨材料的损伤机制，对中国铁路未来的发展具有十分重要的指导意义。 利用WR-1轮轨滚动磨损试验机实验研究了五种轴重和四种转速工况下的轮轨滚动磨损与损伤行为。借助于电子天平、硬度仪、光学显微镜、扫描电子显微镜及X射线衍射仪等对轮轨材料的微观组织、磨损性能、表面磨痕、磨屑形貌和成分等进行了微观测试分析，阐明了不同参数下轮轨材料的损伤机制。 论文研究主要结论如下: (1)随轴重增加，轮轨材料磨损率、塑性变形层厚度以及硬化率都增大;随速度增加，钢轨试样表面硬度和塑性变形层厚度基本保持不变，车轮试样表面硬度和塑性变形层厚度呈减小趋势，轮轨硬度比减小，车轮材料磨损率增加，钢轨材料磨损率减小。 (2)车轮材料磨损图分为轻微磨损区和严重磨损区，两区分界线对应的试样磨损率大约为2.0×10-6g/m。当轴重和速度较小时，车轮材料处于轻微磨损区，主要损伤形式为轻微疲劳磨损;当轴重和速度较大时，车轮材料处于严重磨损区，主要磨损形式随着速度的增加从严重疲劳磨损转变为粘着磨损和疲劳磨损。钢轨材料磨损图也分为严重磨损和轻微磨损。当轴重较小速度较大时，钢轨材料处于轻微磨损区，主要损伤形式为轻微起皮;当轴重较大速度较小时，钢轨材料处于严重磨损区，主要磨损形式随着速度的增加从严重起皮转变为严重块状剥落。 (3)车轮试样表面疲劳裂纹沿塑性变形区内铁素体线向材料内部发展，最后疲劳断裂形成磨屑;钢轨试样表面裂纹发展到一定深度后折向表面形成块状剥落并产生磨屑。磨屑为片层结构，成分为Fe2O3和马氏体。随轴重增加，磨屑尺寸呈整体变大趋势;随速度增加，磨屑尺寸呈整体减小趋势，马氏体含量增大。 (4)轮轨表面裂纹可分为单层裂纹和多层裂纹，多层裂纹中的夹层材料容易挤压破碎。二次裂纹沿着与主裂纹成小角度的方向发展，相对于钢轨试样，车轮试样中的二次裂纹较长，二次裂纹与主裂纹的角度较小。 (5)轮轨试样单位接触面积磨损率随Tγ/A呈现线性增加趋势;轮轨试样接触状态处于“踏面接触区域”，轮轨材料Archard磨损系数k处于1～10×10-4区间内。 |
| 作者： | 丁昊昊 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王文健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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