锻钢支承辊局部接触疲劳导致剥落的过程分析

目前热连轧机组支承辊的主流材质为Cr5锻钢,这种材质具有较高的耐磨性能,在机服役周期长。但同时该辊的成本也较高,若发生在机剥落异常事故,损失较大。造成的损失类型有:造成轧机长时间停机,影响轧机生产效率,进而产生停机经济损失;造成废钢损失及其它设备损坏损失;造成支承辊工作层损失。造成热连轧机组支承辊剥落的主要原因之一是辊身局部接触疲劳。本研究通过对某热连轧机组一支锻钢Cr5支承辊因局部接触疲劳导致辊身剥落的失效案例分析,获得对锻钢支承辊局部接触疲劳这一失效形式的深入剖析与认识,为该失效形式的及时发现和预防提供借鉴与参考性的指导。

热轧锻钢支承辊辊身边部局部接触疲劳过程分析

热轧板带类轧机支承辊使用工况相对恶劣,导致因辊身局部接触疲劳引起掉肉的这一失效形式较为常见。通过实践发现,热轧板带类轧机支承辊辊身局部接触疲劳主要发生在辊身边部,使很多热轧板带类轧线因支承辊辊身边部局部接触疲劳导致掉肉的这类异常事故频发。通过对某热轧板带轧线支承辊掉肉规律的梳理总结、辊身边部局部接触疲劳演变过程的探索、支承辊在机磨损量的跟踪、支承辊辊身硬度和加工硬化的跟踪,对支承辊辊身边部局部接触疲劳这一失效形式进行了深入的探讨与分析,并提出了预防此类失效形式的措施,旨在对同类型轧线支承辊的使用维护起到借鉴和指导性的作用。

轮轨硌伤诱发滚动接触疲劳机制的材料影响

利用GPM-30滚动接触疲劳磨损试验机,在油润滑条件下试验研究轮轨材料对丝锥硌伤诱发局部滚动接触疲劳(LRCF)的影响,涉及ER8高速车轮钢、U71MnG高速钢轨钢,以及1280 MPa和1380 MPa级的贝马复相、PG4、PG5等4种新开发的重载钢轨钢。发现硌伤诱发的剥离掉块仅发生在硬度低于300 HV的ER8和U71MnG高速轮轨材料,且只有在硌伤深度超过150~200μm的临界值时发生,对于硬度高于400 HV的重载钢轨材料,表面硌伤不太可能诱发局部滚动接触疲劳。试样表面和剖切观测显示,初始疲劳裂纹可萌生于硌伤内部和前、后沿,底部萌生的裂纹更容易导致包含深裂纹和大块剥离的局部滚动接触疲劳,后沿比前沿更容易萌生初始裂纹。与U71MnG高速钢轨相比,硬度更低的ER8高速车轮钢试样上硌伤引发剥离掉块的可能性更高,但U71MnG钢轨钢试样上萌生的初始裂纹可扩展得更宽、更深,更易引发大块剥离,局部滚动接触疲劳造成的后果更严重。

高速铁路钢轨硌伤疲劳扩展模拟试验研究

采用GPM-30双盘试验机,利用U71MnG钢轨和ER8车轮材料开展钢轨试样表面预制硌伤的滚动疲劳试验,对试验后不同深度的圆锥形、方锥形、球形、长条形硌伤的表面形貌和内部伤损特征进行对比分析。结果表明:钢轨试样硌伤疲劳扩展形成的局部滚动接触疲劳伤损包括表面裂纹、浅层剥离和深层掉块;硌伤的滚动疲劳扩展与其初始深度和外形的尖锐程度密切相关;球形硌伤发生滚动接触疲劳的可能性最小,圆锥形和长条形硌伤的可能性最大;硌伤进一步扩展为局部滚动接触疲劳伤损的临界深度约为150μm。

SSI临界面法预测扭动微动局部疲劳裂纹萌生特性

以Gcr15钢球、PMMA平面试样为研究对象,建立扭动微动ANSYS有限元模型,分析得到不同工况及载荷步下球与平板接触面的接触状态及应力、应变值.转换扭动微动模型,将切向微动的SSI临界面法应用于扭动微动,研究不同法向载荷、扭转角度幅值、摩擦系数下接触面最大SSI值及其位置.结果表明:SSI最大值位于接触区的粘滑交界区间及各因素对SSI值分布影响与理论、试验试样裂纹萌生规律一致;SSI临界面法可应用于扭动微动.