滚动接触疲劳

摘要： 针对我国高速铁路出现的钢轨隐伤伤损,采用现场观测与实验室试验相结合的方法,研究这种钢轨隐伤形成的机理,分析高速铁路钢轨初期、中期及后期隐伤的外观特征、裂纹形貌及微观组织特征;通过分析擦伤白层诱发隐伤和延性耗竭诱发隐伤2种伤损诱发机理,探讨应对隐伤的维护策略。结果表明:初期隐伤以V型裂纹为主,中期隐伤呈现黑斑和低塌,而后期隐伤则发展为剥离掉块或内部核伤;高速铁路钢轨由擦伤白层诱发的隐伤伤损多集中在站区和长大坡道,隐伤裂纹附近存在较浅的白层组织,厚度小于0.2 mm;由延性耗竭诱发的隐伤伤损多集中在站内和道岔区,隐伤裂纹附近未发现白层组织,轨面较大的切应力(加速区与制动区)或轨面不平顺(如周期性硌伤)均可能诱发此类隐伤。为此,应加强隐伤频发线路(站内、道岔区及长大坡道)轨顶面硬度、平直度及白层马氏体检测。

摘要： 为了提高钛合金的滚动接触疲劳性能,以碳化钨(WC)/钛合金(TC18)混合粉末为原料,利用激光熔覆技术在TC18基材表面制备了耐磨涂层,分析了涂层的显微组织和显微硬度,在室温条件下测试了涂层的接触疲劳性能。结果表明,涂层与基体冶金结合良好,WC颗粒呈不规则块状均匀分布于β-Ti基体中,WC显微硬度在2122~2271HV之间。与传统钛合金表面超声速火焰喷涂WC-Co涂层相比,激光熔覆复合涂层的滚动接触疲劳性能改善,但耐磨性能降低。

摘要： 踏面损伤是动车组车轮最常见的失效形式,对动车组运行稳定性以及运营成本具有重要影响,对铁路典型踏面损伤行为及规律进行研究。梳理了3种典型踏面损伤行为,亚表面夹杂物损伤、踏面磕碰损伤和棘轮效应引起的损伤,针对3种典型踏面损伤,分析了断口特征、损伤形式和失效机理,提出了动车组踏面损伤的影响因素和改进方案。研究成果将对现有动车组车轮检修和车轮抗损伤性能改进起到参考作用。

摘要： 为了减缓高速铁路小半径曲线钢轨侧磨严重的问题,运用多体动力学理论建立车辆系统动力学模型,采用Kik-Piotrowski模型模拟轮轨接触。基于车辆-轨道耦合动力学模型、Archard材料磨损模型、Hertz垂向理论和Fastrip切向接触理论并利用MATLAB编制钢轨磨耗预测程序,从曲线半径、轮缘润滑及轮轨材料合理选取3种措施分析其对钢轨磨耗的影响,并分析曲线半径和轮缘润滑对钢轨滚动接触疲劳的影响。研究结果表明:1)曲线半径适当增大对减缓小半径曲线中外轨侧磨具有显著作用。2)采取轮缘润滑措施后,能够明显减缓高速铁路小半径曲线外轨侧磨现象。实际运营中,在外轨的轨距角附近或车轮轮缘侧适当涂油润滑,可以减缓钢轨侧磨现象。3)适当增大轮轨材料硬度对外轨侧磨有明显改善作用,但是较大的轮轨材料硬度会加剧钢轨疲劳损伤,实际运营中应考虑兼顾钢轨疲劳损伤来寻求合理轮轨材料硬度。4)增加曲线半径及考虑轮缘润滑后,可使轮轨间最大等效接触应力显著减小。研究可为高速铁路小半径曲线钢轨疲劳损伤及提高其使用寿命提供理论依据。

摘要： 采用自主研发的滚动接触疲劳试验机,对GCr15轴承钢进行滚动接触疲劳寿命测试。采用光学显微镜及扫描电镜,观察分析了轴承钢疲劳损伤形貌及其疲劳失效原因。结果表明:在三组试样中,夹杂物的种类越多、级别越高其滚动接触疲劳寿命越低。非金属夹杂物容易成为疲劳裂纹源,疲劳裂纹沿着材料本身所含有的缺陷(非金属夹杂、碳化物)延伸扩展,当裂纹扩展至轴承钢的表面则发生剥离,形成剥落凹坑,导致GCr15轴承钢疲劳寿命失效。

摘要： 建立基于耦合欧拉−拉格朗日方法的液体-裂纹流固耦合数值模型,分析移动轮轨接触荷载下液体对钢轨滚动接触疲劳裂纹面之间的压力分布情况,研究了不同黏度液体对不同长度、不同角度裂纹的作用。结论发现:高黏度液体对裂纹全长均有压力,对裂纹面的压力是低黏度液体压力的4.8~5.9倍,且越靠近裂纹尖端的压力越大,算例工况下脂类对裂纹尖端的压力最大值达到约690~751MPa。随着接触荷载通过裂纹开口,高黏度液体仍然停留在裂纹内,对裂纹面压力作用持续时间较长,约占一次荷载周期的80%~90%,在一个荷载周期内对裂纹面的压力分布呈马鞍状。而低黏度液体会随着轮轨接触荷载的运行被挤出裂纹,主要对裂纹开口及中段形成较大压力,对裂纹面的压力作用持续时间仅占一次荷载周期的10%~30%,在一个荷载周期内对裂纹面的压力分布呈山峰状。裂纹角度越大、长度越长,液体对裂纹面的压力作用更大,裂纹扩展趋势更明显。裂纹角度为30°和40°时分别较20°时,高黏度液体对裂纹面压力最大值增大了38.5%~63.8%和1.1~1.2倍。裂纹长度为2mm时较1.5mm时,高黏度液体对裂纹面压力最大值增大了6.1%~8.3%。

摘要： 对316不锈钢进行激光冲击处理,研究LSP后试样表面的力学性能,包括显微硬度、表面粗糙度和残余应力,同时进行滚动接触疲劳试验,比较了LSP前后试样接触疲劳的S-N曲线.结果表明:LSP能显著提高表面显微硬度,当激光单脉冲能量为6 J时,显微硬度增大20%;激光冲击影响层深度随着激光能量的增大而增大,激光能量为6 J时影响层深度约为0.9 mm;随着激光能量的增大,表面粗糙度呈上升趋势,从0.41μm增大到1.91μm;LSP在316不锈钢表面产生高达280 MPa的残余压应力幅值.滚动接触疲劳试验表明:LSP能有效改善316不锈钢的接触疲劳性能,未冲击的试样在接触应力为848 MPa和708 MPa时,疲劳寿命约为4.72×10^(4)次和1.08×10^(5)次,激光冲击后,在相同应力条件下试样的疲劳寿命分别提高了2.1%和15.0%.

摘要： 随着高速铁路的不断发展,道岔鱼鳞纹病害已成为大家关注的焦点。京哈高铁大站场侧的道岔鱼鳞纹多发生在无砟轨道道岔上,是正线道岔进入到发线的逆向道岔的曲尖轨上。曲尖轨和可动心轨是无砟轨道道岔上比较常见的轨道形式,文章针对无砟轨道道岔曲尖轨疲劳裂纹和可动心轨疲劳伤损形成的原因进行分析,提出解决的措施。

摘要： 某客运专线钢轨在上道使用近10年后,多处钢轨踏面部位出现局部裂纹及掉块伤损。对钢轨的伤损特征、伤损宏观微观形貌、金相组织进行了检测分析,并对钢轨进行了化学成分分析和力学性能评价。结果表明:钢轨的伤损类型属于轨头踏面斜线状剥离裂纹伤损(又称踏面隐伤),为钢轨滚动接触疲劳中的主要伤损形式之一。裂纹起源于轨头表面,初始时沿金属形变流线方向以一定角度向深处扩展,扩展到约5 mm深度时,裂纹转向水平扩展,后续形成掉块,严重时也可能继续斜向扩展形成横向疲劳断裂。科学合理地进行钢轨预防性打磨和矫正性打磨,可以防止或减缓此类伤损的形成和发展。

摘要： 采用X射线断层扫描技术测量重载铁路钢轨轨顶面弯钩形滚动接触疲劳裂纹,根据非均匀有理B样条方法实现了曲面裂纹的空间三维重构,建立弯钩形裂纹的双曲面模型,提出基于扩展有限元的弯钩形曲面裂纹扩展预测方法,研究不同深度裂纹在空间上的扩展特征。结果表明,在轮轨接触荷载作用下,弯钩形裂纹的扩展是张开、滑开和撕开效应结合的复合开裂;对于深度较浅的裂纹,即尚未发生路径转变的1/3、1/2深度裂纹,其扩展明显;当裂纹扩展到一定深度、发生路径转变后,裂纹的扩展逐渐降低,形成明显的弯钩;裂纹尖端不同位置应力强度因子不同,空间上以一定角度呈“凸”字形不均匀发展;预测得到通过总重在100~150 MGT裂纹扩展长度最大为0.389 mm,扩展最快位置在裂纹尖端中部附近,转向后弯钩形裂纹扩展角度范围为15°~35°,与显微观测的实际裂纹接近。

摘要： 本文利用滚动磨损实验研究了在空气介质中的预磨损对D2车轮钢在油润滑条件下滚动接触疲劳寿命的影响,并用扫描电镜(SEM)对表层微观组织和磨损与接触疲劳机理进行了分析.结果表明,纯滚动条件下预磨损,随着预磨损转数增加,滚动接触疲劳寿命的变化规律是先逐渐增加,直到预磨损1×105周次后达到稳定状态,接触疲劳寿命相对原始试样提高了15倍.在蠕滑率为0.3％条件下预磨损,滚动接触疲劳寿命也随磨损周次的增加,接触疲劳寿命提高,但当预磨损周次超过1×104周次后,接触疲劳寿命明显降低.对磨损表层微观组织和磨损机理分析表明,在空气一定程度的预磨损,使得表层铁素体中位错密度提高、晶粒细化和片状珠光体中的碳化物溶解,使得表层强度提高,形成的平行于接触面的纤维状组织等,都使得接触疲劳寿命提高.但当接触表面出现疲劳磨损后,疲劳磨损微裂纹成为了在油润滑中接触疲劳裂纹,促进了疲劳裂纹的形成,降低接触疲劳寿命.

摘要： 氮化硅(Si3N4)具有低理论密度、低膨胀系数、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐高温、耐酸碱腐蚀、自润滑性好、不导磁、不导电等性能,其作为滚动体材料被广泛应用于高速高精度轴承.在大量使用的混合型Si3N4球轴承(Si3N4球和轴承钢套圈)中,Si3N4球的各性能都受到了广大轴承制造商和研究人员的重视,而滚动接触疲劳(Rolling Contact Fatigue,以下简称RCF)性能是衡量Si3N4球质量最直观也是最可靠的表征.因此,研究Si3N4球的RCF对控制产品的质量具有很大的现实意义.近几年对Si3N4球RCF研究概况进行的总结往往着重于疲劳试验技术,少有针对疲劳性能研究的报道.本文参考了大量国内外文献,力求较全面地描述Si3N4球RCF的研究现状.

摘要： 20Cr2Ni4A钢作为一种韧性很高、淬透性很好的渗碳钢被广泛用来制造高速齿轮及重载齿轮,这种齿轮的主要失效形式是接触疲劳损伤.本文利用数理统计法对高载荷下的20Cr2Ni4A钢的接触疲劳寿命进行了分析,研究了渗碳层的疲劳失效机理.20Cr2Ni4A钢经过渗碳及随后的淬火并低温回火后,表面硬度可达60HRC.用滚动接触疲劳试验机在2000N载荷下考察了20Cr2Ni4A钢的接触疲劳寿命,进行了10组平行试验,发现其疲劳寿命符合Weibull分布,疲劳寿命较为稳定.对失效后的形貌进行观察发现,20Cr2Ni4A钢渗碳层的失效模式均为浅层剥落,主要发生在渗碳层的表面或次表面.剥落坑呈现出典型的逐层剥落的阶梯状形貌.此外,本文建立了疲劳失效理论模型,体现了裂纹的萌生、扩展、裂纹之间的相互连接以及最终形成剥落坑而失效的整个过程.

摘要： 滚动接触疲劳试验机主要是用于研究材料在模拟工况条件下的接触疲劳性能。本文就国内外已见实际应用的滚动接触疲劳试验机的现状及接触疲劳试验基本工作原理的加以介绍。并就滚动接触疲劳试验机的发展方向作了简要探讨。

摘要： 重点阐述了高速动车组在运用过程中车轮贝氏体组织对车轮踏面剥离的影响,对贝氏体组织及车轮滚动接触疲劳的产生原因进行深入分析,确定了导致车轮踏面剥离的确切原因,并明确了后续需要采取的措施.

摘要： AISI52100和SAE1055的次表层微观组织的变化,例如黑色腐蚀区域(DER)一般都是由于接触疲劳产生的.一般的黑色腐蚀区域出现在较高的循环次数下(＞100X106),但是仅仅只是了解其原因为接触疲劳,并不能很好的证明DER(黑色腐蚀区域)其中的机理以及失效原因.本文重点研究用微观组织的变化来评价整体淬火的AISI52100的小内圈和感应局部淬火的SAE1055的法兰的DER区域,采用光学显微镜,扫描电镜,显微硬度以及X射线应力仪来综合表征其微观组织.结果表明,尽管不同钢种特征不一样,但是残余奥氏体的减少作为他们的相同点,在微观组织变化上起到关键作用,侧面推断了其载荷的大小.

摘要： 本文通过观察和比较,分析不同强度等级钢轨RCF缺陷特征和发展模式,为研究RCF缺陷发展机理、安全评价钢轨RCF缺陷提供基础.

摘要： 为提高钢轨的耐磨性能和滚动接触疲劳寿命并保证列车在高速重载条件下的平稳运行,各国正在采用新一代高强度、高韧性、高精度、可焊接的超长重型钢轨.对世界高速重载钢轨的发展趋势以及超细珠光体钢轨、贝茵体钢轨和过共析钢轨的主要特点进行了分析和比较.在充分准备工艺方案的基础上,攀钢采用先进的炉外精炼-真空脱气-大方坯连铸-万能轧机-在线淬火-在线检测等技术,在国内首次批量生产了高强度100m超长轨.在线淬火OLQ态PD3钢轨的抗张强度达到TS=1250～1290MPa,断裂韧性在-20°C下达到KIC=34～39MPa·m1/2,珠光体团块尺寸细化到DPC≈60μm,层片间距λ≈0.12μm.

摘要： 从2008年1月中国第一条高速列车京津城际运营至今,高速列车的许多零部件包括车轮、制动盘、车轴和轴承等都经历了108周次,有的甚至1011周次的疲劳载荷.在运营过程中,出现了车轮轮辋辋裂和踏面剥离、制动盘热裂纹、车轴划伤和轴承剥离等现象.这些疲劳损伤严重威胁着高速列车的行车安全,其中车轮的疲劳破坏由于危险性更大,受到人们的关注.本论文以铁路车轮为对象,通过失效分析和模拟仿真相结合的方法,研究了车轮辋裂疲劳裂纹扩展.

摘要： 从2008年1月中国第一条高速列车京津城际运营至今,高速列车的许多零部件包括车轮、制动盘、车轴和轴承等都经历了108周次,有的甚至1011周次的疲劳载荷.在运营过程中,出现了车轮轮辋辋裂和踏面剥离、制动盘热裂纹、车轴划伤和轴承剥离等现象.这些疲劳损伤严重威胁着高速列车的行车安全,其中车轮的疲劳破坏由于危险性更大,受到人们的关注.本论文以铁路车轮为对象,通过失效分析和模拟仿真相结合的方法,研究了车轮辋裂疲劳裂纹扩展.

摘要： 本发明包括试验过程(S1)，其中，通过超声波扭转疲劳试验求出滚动接触金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系；剪切疲劳强度确定过程(S2)，其中，根据在上述试验过程(S1)中已求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系，按照已确定的基准，确定超长寿命区域的剪切疲劳强度τlim。上述超声波扭转疲劳试验为交变扭转疲劳试验，在该试验中，相对试验片(1)施加正旋转方向和反旋转方向的扭转对称的扭转振动。

摘要： 本发明包括试验过程(S1)，其中，通过超声波扭转疲劳试验求出滚动接触金属材料的剪切应力振幅和负荷次数的关系；剪切疲劳强度确定过程(S2)，其中，根据在上述试验过程(S1)中已求出的剪切应力振幅和负荷次数的关系，按照已确定的基准，确定超长寿命区域的剪切疲劳强度τlim。上述超声波扭转疲劳试验为交变扭转疲劳试验，在该试验中，相对试验片(1)施加正旋转方向和反旋转方向的扭转对称的扭转振动。

摘要： 一种可变工况的多功能滚动点接触疲劳寿命试验机，它涉及轴承疲劳寿命试验领域。本发明解决了现有的球棒疲劳试验机存在无法满足试棒在高温高速和不同润滑条件下运行的要求的问题，以及无法通过可更换夹具测试轴承零件疲劳寿命的问题。本发明的试棒和专用夹具可拆卸安装在驱动装置上，在驱动装置的带动下实现旋转运动，驱动装置在升降对中装置的带动下实现纵向和/或横向往复运动，进而带动试棒和专用夹具实现升降和/或对中运动，试验核心装置位于驱动装置下方，支撑座上端面中心加工有用于容纳滚动接触组件的圆形容纳凹槽，加载装置安装在机座的台面上并与试验核心装置的压盖连接。本发明用于满足试棒及轴承零件在高温高速和不同润滑条件下运行的要求。

摘要： 本发明公开了一种双驱式无极调速轮轨滚动接触疲劳试验装置及方法，该装置包括第一驱动轴传动部件、第二驱动轴传动部件、模拟轮试件、模拟轨试件、轮轨接触加载平台、冷却循环油路、基座和数据采集控制系统。本发明的第一驱动轴传动部件与第二驱动轴传动部件分别位于被测试样两侧且两驱动轴回转中心呈水平分布，以最大程度地降低模拟轮和轨试样的尺寸限制。作为第二驱动轴传动部件动力源的第二伺服控制电机经同步带与第二驱动轴传动部件的转动轴相连，且位于第二驱动轴传动部件的正下方，且与第二驱动轴传动部件为非共用平台刚性连接，有效避免了电机高速运转过程中自身微幅振动带来的接触载荷波动和冲击问题。

摘要： 本发明公开了一种金属材料滚动接触疲劳试验裂纹检测方法，该方法包括如下步骤：1)对标定试样进行滚动接触疲劳试验，同时进行阻抗检测，采集电磁感应阻抗信号；2)根据标定试样的阻抗检测结果设定报警阈值的电磁感应参数；3)将标定试样更换为待测试样进行滚动接触疲劳试验，同时进行阻抗检测；4)直到检测到待测试样的阻抗信号发生突变，并达到设定的报警阈值时发出报警，即完成待测试样的测试。本发明的金属材料滚动接触疲劳试验裂纹检测方法能够实时的、准确的判断金属材料滚动接触疲劳试验中接触疲劳开裂的发生，极大的提高试验效率和检测精度、减小试验工作量。

摘要： 本发明提供了一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置及试验方法，包括动力驱动组件、加载部件、多向移动工作台组件、试验平台以及控制台。动力驱动组件、多向移动工作台组件和控制台安装于试验平台上；动力驱动组件中的主轴一端通过联轴器与驱动伺服电机连接，另一端通过键槽连接及螺母连接与加载部件相连接；加载部件包括左右两个形状及尺寸相同的回转零件以及陶瓷滚动体。两回转零件通过螺栓连接装配于一体，陶瓷滚动体置于加载部件的球形凹坑内部。滚动接触疲劳试验时，多向移动工作台组件使工作台组件上的陶瓷试件滚道与加载部件相接触，通过加载部件随主轴的高速转动对全陶瓷球轴承外圈滚道进行滚动接触疲劳试验。

摘要： 本发明公开了一种ABAQUS中铁轨滚动接触疲劳裂纹的数值分析方法，步骤包括：1)建立轨道有限元微观模型；2)导入模型生成ABAQUS的轨道计算模型；3)采集并初始化参数，设置轨道计算模型边界条件；4)设置ABAQUS中分析步和增量步；5)计算材料损伤性能；6)轨道计算模型的加载；7)分析内聚力单元应力幅及应变；8)分析内聚力单元损伤；9)判断内聚力单元是否失效；10)修订ABAQUS计算模型。本发明的方法，利用ABAQUS的UMAT子程序实现了内聚力单元疲劳损伤失效数值分析，在ABAQUS中实现了对轨道在滚动接触下的疲劳裂纹萌生、扩展的模拟分析，预测轨道的可靠性。

摘要： 本发明公开了一种磨耗和滚动接触疲劳良好耦合的钢轨及其生产方法，所述钢轨的化学成分按重量百分比计包括C：0.75‑0.88％、Si：0.60‑0.80％、Mn：0.90‑1.30％、V：0.08‑0.15％、Cr：0.15‑0.30％、Nb：0.02‑0.08％、B：0.004‑0.008％、P≤0.025％、S≤0.025％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过对轨头进行分阶段的加速冷却，合理分配各阶段的冷却速度和冷却时间，通过合理控制轨头金相组织的珠光体片层间距，使得钢轨磨耗和滚动接触疲劳的发展能实现良好耦合，从而提高钢轨的综合使用性能和使用寿命，该生产方法简单，可操作性强，易于推广应用。

摘要： 本发明涉及钢轨滚动接触疲劳评估领域，具体为一种钢轨滚动接触疲劳预测方法。其包括如下步骤：步骤1、选择或建立材料本构模型；步骤2、建立三维实体模型；步骤3、获取接触斑内接触压力的分布规律；步骤4、编写移动法向载荷子程序；步骤5、获取切向载荷分布规律；步骤6、编写移动切向载荷子程序；步骤7、循环加载钢轨模型；步骤8、提取接触区附近所有节点的应力张量和应变张量；步骤9、通过旋转张量得到在新坐标系下每个节点对应的所有应力张量和应变张量；步骤10、获取所有节点在任意平面上的SWT参数的值；步骤11、筛选出SWT参数的最大值，获取危险点的疲劳裂纹萌生寿命。本发明能对钢轨裂纹萌生位置和寿命进行预测。

摘要： 本发明公开了一种客货混运铁路用耐滚动接触疲劳钢轨，其特征在于化学成分按重量百分数计0.75‑0.88％的C、0.10‑0.60％的Si、0.75‑1.30％的Mn、0.20‑0.55％的Ni、0.10‑0.20％的V、0.03‑0.06％的Nb、≤0.025％的P、≤0.025％的S，其余为Fe和不可避免的杂质；生产过程包括以下工序：铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、真空处理、连铸、铸坯加热、轧制、加速冷却、矫直；本发明通过合理设置化学成分以及冶炼、轧制工艺，同时对轧后钢轨轨头、轨腰和轨底进行不同冷速的加速冷却，实现钢轨轨头屈强比和轨腰冲击韧性的良好匹配，从而提高钢轨的综合使用性能和使用寿命，满足铁路发展需求；方法简单，可操作性强，易于推广应用。