轮轨材料滚动磨损和接触疲劳损伤行为的试验研究

摘要

随着铁路运输高速化和重载化的不断发展，轮轨损伤问题变得日益显著，而且新的服役环境也将使现有轮轨材料的匹配性问题置于更加突出的位置，因此对于目前还在广泛使用的轮轨材料进行深入的匹配性研究是具有重要意义的。
　　本论文根据赫兹接触理论，首先在JD-1轮轨模拟试验机上对比研究了四种不同成分车轮材料的耐磨性和抗疲劳性能，然后在MMS-2A摩擦磨损试验机上研究了不同轮轨材料的损伤行为，主要结论如下:
　　1.车轮材料的C元素和Si元素含量升高会使得车轮材料的硬度显著增加。硬度的增加可以显著增强车轮材料的耐磨性，同时降低其抗疲劳损伤性能。
　　2.在不同车轮试样与U71Mn热轧钢轨匹配试验中，随着车轮试样硬度升高，车轮试样磨损量线性减少，而与之匹配的钢轨试样则线性增加。随着车轮试样硬度增加，车轮试样的疲劳损伤越来越严重，而钢轨试样则越来越轻微。
　　3.在不同车轮试样与U75V热轧钢轨匹配试验中，随着车轮试样硬度升高，车轮试样磨损量线性减少，而与之匹配的钢轨试样则线性增加。随着车轮试样硬度增加，由于此时轮轨间具有较大的接触应力，车轮试样和钢轨试样的疲劳损伤均变得更严重。
　　4.在不同轴重匹配试验中，轴重的增加会显著加重轮轨试样的磨损。在轴重较低时，相对严重的磨损能够将车轮试样表层材料萌生的疲劳裂纹磨除，而钢轨试样疲劳裂纹则继续向试样心部扩展;在轴重较大时，大的接触应力会使得疲劳裂纹扩展速率和磨损速率变快，此时钢轨更优的材料特性使得其疲劳损伤更为轻微。
　　5.综合讨论轮轨匹配试验的损伤分析情况可以得出:当车轮试样硬度接近钢轨试样硬度，此时轮轨之间发生的轻微氧化磨损可以显著降低轮轨的磨损;同时具有更优显微组织结构的U75V热轧钢轨可以显著降低轮轨的磨损。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 铁路发展史

1．2 轮轨分类及损伤类型

1．2．1 车轮类型

1．2．2 车轮主要损伤类型

1．2．3 钢轨类型

1．2．4 钢轨的主要损伤类型

1．3 轮轨损伤研究现状

1．3．1 数值模拟方法

1．3．2 试验研究方法

1．4 本文的研究意义和研究内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

第2章 模拟试验简介

2．1 轮轨模拟试验机简介

2．1．1 JD-1轮轨模拟试验机简介

2．1．2 MMS-2A滚动摩擦磨损试验机

2．2 轮轨试样材料的取用

2．3 试验的主要过程

第3章 四种车轮材料的摩擦磨损性能研究

3．1 JD-1模拟试验机的标定以及试验参数的确定

3．1．1 试验机的标定

3．1．2 试验参数的确定

3．2 试验材料特性分析

3．3 试验结果分析

3．3．1 磨损量分析

3．3．2 表面形貌分析

3．3．3 塑性变形分析

3．3．4 疲劳特性分析

3．4 本章小结

第4章 四种车轮材料与U71Mn热轧钢轨间的摩擦磨损特性研究

4．1 模拟试验

4．2 试验材料特性分析

4．3 试验结果分析

4．3．1 磨损量分析

4．3．2 表面磨痕分析

4．3．3 塑性变形分析

4．3．4 疲劳特性分析

4．4 本章小结

第5章 四种轮轨材料与U75V热轧钢轨间的摩擦磨损特性研究

5．1 模拟试验

5．2 试验材料特性分析

5．3 试样结果分析

5．3．1 磨损量分析

5．3．2 表面磨痕分析

5．3．3 塑性变形分析

5．3．4 疲劳特性分析

5．4 本章小结

第6章 三种轴重下轮轨损伤特性研究

6．1 模拟实验

6．2 试验结果分析

6．2．1 磨损量分析

6．2．2 表面磨痕分析

6．2．3 塑性变形分析

6．2．4 疲劳特性分析

6．3 本章小结

第7章 轮轨损伤的综合讨论

7．1 不同轮轨系统磨损特性分析

7．1．1 轮轨总磨损量分析

7．1．2 轮轨表面磨痕形貌对比分析

7．2 不同轮轨系统疲劳损伤分析

7．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间的学术成果

一、已发表的期刊论文

二、攻读博士期间参与的科研项目情况