钢轨踏面低塌对轨底锈蚀坑受力及疲劳性能的影响

对一断裂钢轨案例进行失效分析,发现断口位于距闪光焊焊缝中心(最大低塌量0.7 mm)60 mm处,裂纹起源于轨底下表面0.43 mm深的锈蚀坑底部。依据失效钢轨伤损特征和力学理论公式,建立轨底锈蚀坑受力分析模型,并基于4参数经验公式计算相应伤损特征下轨底处的疲劳极限,研究轨底锈蚀坑和踏面低塌2处伤损的发展对锈蚀坑处应力及疲劳极限的影响规律。结果表明:钢轨踏面低塌激励的附加冲击力会造成附近轨底锈蚀坑应力增大,而踏面低塌降低循环载荷应力比和轨底锈蚀坑应力集中效应的双重作用导致服役钢轨的疲劳极限σ_(r)下降,当锈蚀坑处轨底最大拉应力σ_(d)大于疲劳极限σ_(r)时,锈蚀坑底部易于萌生疲劳裂纹而导致钢轨断裂失效。按钢轨断裂时轨温和失效分析中测量的钢轨伤损数值计算,σ_(d)和σ_(r)分别为130.8 MPa和101.0 MPa,而踏面无低塌时σ_(d)和σ_(r)分别为94.6 MPa和118.5 MPa,因此钢轨在踏面低塌和轨底锈蚀坑两者共同作用下发生断裂失效。为保证钢轨的安全服役,轨底锈蚀坑应力集中系数K_(t)和接头最大低塌量λ须低于临界值。

重载铁路直线段钢轨断裂原因分析

针对重载铁路直线段PG4钢轨从轨底起裂横向转纵向扩展断裂的问题,通过对断口进行宏观、微观形貌观察及金相组织分析、力学性能测试,分析钢轨裂纹产生及转向的原因。结果表明:PG4钢轨的伤损为轨底下表面锈蚀坑引起的钢轨横向疲劳裂纹,锈蚀是伤损钢轨轨底萌生横向疲劳裂纹进而快速向轨底两侧和轨头方向扩展的主要原因;裂纹扩展至轨头下颚部位时,由于轨头强度的增加、断面几何尺寸的增大、轨头下颚处沿钢轨纵向的断裂韧性未与轨头横向断裂韧性同比例提高,使得横向裂纹转向沿钢轨纵向扩展。