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耐磨耗磨损试验机测试钢轨表面波浪磨损_卖家圈子_门别网
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| 发表：2018-4-20 0:25:12 查看：1543 回复：2
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耐磨耗磨损试验机测试钢轨表面波浪磨损 |
钢轨投入使用以后，其顶面沿纵向出现类似波浪形状的不平顺磨损，称为波浪磨损，简称波磨。钢轨波磨的形成机理大致可概括分为动力与非动力因素两类，前者涉及轮轨系统的动力作用，后者则与钢轨材质及冶炼加工工艺等有关。材质是钢轨产生波磨的主要内因，而与轮轨系统振动有关的动力因素则是导致钢轨波磨的外因，一般钢轨波磨可区分为塑性变形型和磨损型，前者是过大的波动垂直载荷作用引起轨面不均匀塑性变形而形成的，其波谷位置常有明显的塑性变形现象，后者则源于轮轨间的粘滑振动造成的轨面不均匀磨损。我国铁路钢轨波磨主要属于塑性变形型，进而分析钢轨波磨形成的过程，确定机车车辆结构相似和列车运行速度趋近将加速钢轨波磨的产生，而提高轨材的屈服强度对抑制钢轨波磨十分有效。
试验部分试验材料采用PD1型钢轨，其化学成分为0.66%C，0.24%Si，0.84%Mn，0.033%S，0.010%P (以质量分数计)。钢轨的拉伸强度为880MPa，屈服强度为480MPa，硬度试验采用HD2187.5型硬度计，测试前试样钢轨顶面用细砂纸轻轻打磨除去氧化层，横断面经机械加工后研磨光滑，用扫描电子显微镜(SEM)分析钢轨的显微结构。
试验结果与讨论为了确定钢轨波磨的磨损类型，对现场波磨钢轨形貌进行了金相分析，金相观察试件取自波磨钢轨上同一波浪的波峰和波谷部位。波磨钢轨内部结构及横断面的SEM形貌照片，可见在外力作用下，金属材料发生塑性变形时，随着金属外形的变化，其内部的晶粒形状也会发生相的变化，即随外形变化而被压扁或拉长。
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波峰表面有明显的白层存在，其厚度约为8Λm，白层是在高应变下产生的，具有较高的硬度与较好的抗变形和抗磨损能力，一般钢轨营运一段时间轨表面均会产白层，而波谷表面无白层，这可能是由于白层与基体之间硬度相差较大，过渡区域易形成裂纹，在较大的塑性变形反复作用下裂纹扩展，使白层脱落剥离所致。此外相对于钢轨内部，钢轨的波峰和波谷都发生了塑性变形，变形量较大时，晶粒明显被压扁或拉长，晶界变得模糊不清。波谷位置的钢轨表面塑性变形比波峰位置的严重，随着塑性变形的发生，晶粒内部的位错产生运动，形成一系列复杂的位错交互作用，位错发生缠结、破碎，形成亚晶粒，金属变形量越大，晶粒的破碎程度越大，位错密度越高，金属的塑性变形抗力越大，此时的金属硬度越高，即产生了“加工硬化”现象。
波磨钢轨表面纵向硬度的分布曲线，可以看出，波磨钢轨的纵向硬度呈规律性分布，其变化周期与钢轨表面波形长度相等，形状相反，且钢轨表层波谷处的硬度大于波峰处。
波磨钢轨表层的硬度分布曲线，可以看出，波峰表层硬度小于波谷表层，试验所测得硬度是宏观硬度，测试的压痕尺寸已超过了白层的厚度，因此测得的硬度为表面塑性变形层的硬度。当车轮因外部因素的作用而发生激励振动时，轮轨之间的接触应力将产生波动，从车辆在平直线路上行驶时实测的轴箱振动加速度功率谱密度发现，车轮振动加速度的频率主要在30～80Hz之间，而线路上的钢轨接点、吊枕等不平顺部位往往是诱发车轮激振的激振源，列车通过某线路段的固定激振源时，将诱发轮轨系统按一定频率发生接触振动。设振动频率为50Hz，列车运行速度范围是50～60km/h，则产生的轮轨接触应力波动曲线，振动过程中由于轨下基础阻尼和轴箱阻尼的作用，波动接触应力呈衰减的趋势。当速度接近时，初始波动接触应力有较好的重合性，在接触应力的峰值处，轨面如同受锤击力的作用，当较大接触应力值超过钢轨的屈服极限值时，在钢轨表面产生与振动波形相似的塑性变形压痕。
初始波动接触力较小值通常是在钢轨的同一区域内，此处轨面虽因偶尔超载而发生塑性变形，但发生超载的几率明显比波动力峰值位置的小，因而相应的塑性变形远不如接触应力峰值位置处严重，从而产生轨面的不均匀塑性变形。由于波动接触力具有一定的规律性，因此形成的轨面不平顺也较有规律，在激振源附近初始波磨的波谷形成后，列车通过时产生持续的激振，加剧了轮轨振动，使钢轨波磨迅速向激振源的两端扩展，形成连续的波形磨损。机车车辆结构相似和列车运行速度的趋近都将加速钢轨波磨的产生，钢轨波磨的形成取决于钢轨材料的屈服极限，当波动的轮轨较大接触应力小于钢轨的屈服极限时，不会形成钢轨波磨。然而利用Hertz理论计算所得的轮轨接触应力大于轮轨材料屈服极限。
对于滚动接触时的塑性变形问题，John son的研究结果表明：当载荷初次通过材料表面时，载荷高于弹性屈服极限时材料会发生塑性变形而产生残余应力，当同样的载荷随后通过同一位置时，这时材料的应力状态不仅取决于所施加的载荷，而且还取决于残余应力。当复合应力不再使材料发生塑性变形时达到安定状态，而此时的较大载荷称为安定极限值pm，pm = p0Σs，其中p0为车轮钢轨的较大接触应力值，Σs 为材料的剪切屈服极限值，安定极限值受切向力的影响极大，切向力Ft对安定极限值的影响，若将磨损的车轮、钢轨接触近似地看作圆柱与平面的线接触，则当切向力Ft为0时，安定极限值pm为4。而当切向力Ft增大到法向力Fn的0.3倍时，安定极限值pm将降至2.9，即钢轨材料的剪切屈服应力Σs不变时，轨面不发生连续塑性变形所允许的较大接触应力p0=2.9Σs，p0与法向载荷的平方根成正比，所以在相同的法向载荷下，随着切向力的增加，钢轨发生塑性变形的概率将增大。铁路线上某些区段如制动或启动区段、曲线区段等切向力都比较大，相应的钢轨抗塑性变形的能力将减小，钢轨形成波磨的可能性增大。因此，在这些区段宜采用高屈服强度的钢轨，以延缓钢轨波磨的产生。
我国铁路的钢轨波磨主要由钢轨表层的不均匀塑性变形引起，机车车辆结构的相似和列车运行速度的趋近将加速钢轨波磨的产生，线路上的不平顺激振源是诱发钢轨波磨的原因，采用高屈服强度的钢轨可以减轻或避免钢轨的波磨。机车车轮与钢轨之间的切向力作用能促进钢轨发生塑性变形。
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钢轨投入使用以后，其顶面沿纵向出现类似波浪形状的不平顺磨损，称为波浪磨损
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耐磨耗磨损试验机测试钢轨表面波
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