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(yùn)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(guān)系中亟需研究解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。
　　本文利用WR-1輪軌滾動磨損試驗(yàn)機(jī)，借助光學(xué)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(shè)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(yàn)機(jī)，研究了溫度對鋼軌材料的拉伸性能及疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響。
　　本文取得的主要結(jié)果及結(jié)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(jī)制由氧化磨損及磨粒磨損向黏著磨損與表面裂紋損傷轉(zhuǎn)變。輪軌材料隨溫度降低，脆性逐漸增強(qiáng)，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(yán)重，其中升溫過程對車輪材料的損傷最為嚴(yán)重;降溫實(shí)驗(yàn)中輪軌材料表面損傷較升溫實(shí)驗(yàn)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(jī)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(dá)到3.83％以上

4、時，車輪材料出現(xiàn)嚴(yán)重的卷邊變形現(xiàn)象。
　　(4)隨著溫度降低，鋼軌材料的屈服強(qiáng)度及極限抗拉強(qiáng)度均增大。當(dāng)溫度降低至一定溫度時，鋼軌裂紋擴(kuò)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(dǎo)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(yán)重。依照不同蠕滑率