CL60车轮材料磨损图与磨损转变机制研究

摘要

铁路运输对我国经济社会的发展具有十分重要的意义。当前，铁路主要朝着“客运高速”和“货运重载”两大方向发展。列车服役条件相当复杂，列车的运行参数、环境条件、第三体介质等均会对列车运行的安全性造成一定影响。轮轨作为列车运行的关键基础部件，在服役周期内可能会出现多种多样的损伤形式。随着铁路的发展，对轮轨的服役要求也必将日趋严格。因此，系统研究轮轨材料在各种服役条件下的磨损与损伤行为至关重要。 利用MJP-30A轮轨滚动磨损与接触疲劳试验机在干态和水态下对车轮材料进行试验，研究了滑差率和接触应力对车轮材料磨损与损伤性能的影响，构建了车轮材料的磨损图与损伤机制图，同时还揭示了车轮材料在干态和水态下的磨损转变机制。论文的主要结论如下： (1) 干态下，随滑差率的增加，车轮材料磨损率曲线可分为线性磨损、非线性磨损和不确定磨损三个区域。在中小滑差率下(γ≤18%)，随接触应力的增加，车轮材料磨损率逐渐增加；在大滑差率下(γ=25%)，随接触应力的增加，磨损率“先增加，后降低”。 (2) 水态下，随滑差率的增加，车轮材料磨损率整体上呈增加趋势；随接触应力增加，车轮材料磨损率也逐渐增加。 (3) 干态下，随滑差率的增加，车轮材料表面损伤由以点蚀坑、起皮和剥落为主的机械损伤形式逐渐转变为以犁沟、剥落为主的热损伤形式；随接触应力的增加，车轮材料表面损伤总体上越来越严重。水态下，随着滑差率的增加，表面损伤主要由点蚀坑逐渐转变为犁沟和轻微剥落；随接触应力的增加，车轮材料表面损伤也越来越严重。 (4) 在非线性磨损区内(6%≤γ≤18%)，CL60和AAR-D的磨损率均出现下降，其主要原因为：当滑差率增至 12%时，试样表面 Fe3O4的相对含量达到最大，又因 Fe3O4具有润滑作用，故使得磨损率降低；在不确定磨损区内(γ>18%)，AAR-D的磨损率随着滑差率的增加再次降低，其主要原因为：当滑差率增至25%时，AAR-D试样表面形成了白层，因而使得磨损率降低。 (5) 水态下，CL60 车轮材料磨损率出现“先降低，再增加”的变化规律，其主要原因为：由于轮轨试样接触界面有水膜形成，且膜厚随着滑差率的增加而增加，这使得试样间的相互作用减小，进而降低了磨损率；但随着滑差率进一步增加，车轮试样的损伤机制发生明显变化，水膜的作用逐渐减弱，因而使得磨损率再次增加。

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