低溫環(huán)境下輪軌材料滾動磨損與損傷行為研究.pdf

1、隨著高速鐵路的快速發(fā)展，其覆蓋區(qū)域也越來越廣闊，低溫服役工況下輪軌材料的損傷問題變得日益顯著。尤其在高寒地區(qū)，極端低溫氣候影響高速輪軌系統(tǒng)的安全運行。因此，低溫環(huán)境下輪軌材料的滾動磨損與損傷行為已成為輪軌關系中亟需研究解決的關鍵科學問題之一。
　　本文利用WR-1輪軌滾動磨損試驗機，借助光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、X射線光電子能譜、透射電子顯微鏡等分析測試設備，研究了不同溫度及溫度交變工況下輪軌材料滾動磨損與損傷行為，

2、分析了室溫與-40℃溫度下蠕滑率對輪軌材料滾動磨損與損傷行為的影響;利用MTS電液伺服試驗機，研究了溫度對鋼軌材料的拉伸性能及疲勞裂紋擴展速率的影響。
　　本文取得的主要結果及結論如下:
　　(1)低溫下輪軌材料的耐磨性較室溫下降低;隨溫度降低，輪軌材料的磨損機制由氧化磨損及磨粒磨損向黏著磨損與表面裂紋損傷轉變。輪軌材料隨溫度降低，脆性逐漸增強，珠光體分布及排列呈現(xiàn)出不同于室溫下的形貌特征。
　　(2)在溫度交變工況下

3、，車輪材料受影響較鋼軌材料嚴重，其中升溫過程對車輪材料的損傷最為嚴重;降溫實驗中輪軌材料表面損傷較升溫實驗輕微。溫度交變工況對輪軌材料疲勞裂紋角度影響不大，但對長度具有顯著影響。
　　(3)隨蠕滑率的增加，輪軌材料的磨損及損傷情況加劇，室溫下輪軌材料的磨損機制不同于低溫環(huán)境。蠕滑率不高于0.91％時，磨損率低且損傷輕微，室溫與低溫對輪軌的磨損相差不大;隨蠕滑率的增大，溫度對輪軌磨損具有顯著影響，尤其在低溫下蠕滑率達到3.83％以上

4、時，車輪材料出現(xiàn)嚴重的卷邊變形現(xiàn)象。
　　(4)隨著溫度降低，鋼軌材料的屈服強度及極限抗拉強度均增大。當溫度降低至一定溫度時，鋼軌裂紋擴展速率急劇上升。隨著溫度由室溫降低至-60℃，鋼軌材料的韌性斷裂減弱，脆性斷裂逐漸占主導趨勢，這意味著溫度越低，鋼軌材料脆性斷裂越為明顯。
　　(5)依據(jù)輪軌材料在不同溫度下的磨損與損傷特性，可以劃分為韌性為主、韌脆混合、脆性為主三種損傷模型，其中韌脆混合損傷模型損傷最為嚴重。依照不同蠕滑率