U75V钢轨钢耦合损伤循环塑性本构模型研究

针对我国重载铁路和地铁用钢在实际服役过程中的全寿命棘轮行为,开展U75V钢轨钢耦合损伤循环塑性本构模型研究。首先通过不同平均应力和不同应力幅值的循环实验,研究U75V钢轨钢在室温下的全寿命棘轮行为;然后基于损伤力学和循环塑性框架,采用损伤修正的Chaboche随动硬化模型,引入指数型损伤演化律,建立耦合损伤的循环塑性本构模型;最后针对材料的失效模式,建立基于损伤临界值的疲劳失效判据,预测失效寿命。研究结果表明,模拟循环稳定时的棘轮应变率误差小于22.0%,失效时的棘轮应变误差小于38.0%;预测U75V钢轨钢的低周疲劳寿命均在1.5倍误差带内。总的来说,该耦合损伤循环塑性本构模型能描述U75V钢轨钢在非对称单轴应力循环下的全寿命棘轮行为。

百米U75V钢轨在线热处理工艺优化

百米U75V钢轨是我国铁路建设的主型钢轨,在线热处理是其主要强韧化手段,纵向(长度方向)性能均匀性差和生产效率低是其热处理生产存在的主要问题。百米U75V钢轨的在线热处理过程分为2个冷却阶段,共包含4个冷却工艺参数:开淬温度(T_(i))、相变阶段冷却速度(V_(s))、相变冷却结束温度(T_(f))以及相变后冷却速度(V_(a))。通过热模拟试验研究了各参数对百米U75V钢轨组织和性能的影响。随着工艺参数的变化,珠光体片层间距(S)在100.7~209.1 nm范围内变化;T_(i)和V_(s)对S具有特别显著影响,T_(f)和V_(a)对S没有显著影响;T_(i)不一致是百米U75V钢轨纵向性能不均匀的主要原因之一。采用“先慢后快”的两段式冷却方案,即在轧后钢轨表面温度冷却至相变终冷温度(约500℃)之前,以接近但不超过珠光体转变临界冷却速率的速度进行冷却,之后提高冷却速度(不超过10℃/s),有利于同时提高生产效率和百米U75V钢轨纵向性能的均匀性。

U75V钢轨自然空冷过程的温度及固态相变特性

在线热处理是百米U75V钢轨的主要强韧化手段。热处理过程中会出现由于钢轨纵向(长度方向)不同位置进入热处理机组前所经历的自然空冷时间不同而导致纵向开淬温度不一致的问题。开淬温度是影响百米钢轨纵向性能均匀性的重要因素。研究了U75V钢轨轧后自然空冷过程的温度和固态相变特性。按目前生产流程,钢轨轧制和热处理工艺间的时间间隔应小于238 s。生产时采用对轧后钢轨的后端适当补热以及缩短轧制和热处理的时间间隔等方法来减小钢轨纵向开淬温差,有利于提高百米钢轨纵向性能均匀性。

60N U75V钢轨矫直断裂原因分析

钢轨作为铁路运输的关键设备,其质量的稳定性对铁路运输的安全性起到了至关重要的作用。在钢轨矫直过程中,会出现钢轨矫直断裂的问题,严重影响了钢轨质量的稳定性。对断裂钢轨取样,分析检测了钢轨的化学成分、力学性能,并采用光学显微镜、扫描电镜等方法对矫直断裂钢轨的组织进行了观察分析,查找出了钢轨矫直断裂的根本原因,并提出相应的预防措施,保证了钢轨产品的安全性。

U75V钢轨闪光焊工艺研究

介绍了钢轨连续和脉动闪光焊接工艺。脉动闪光工艺的有效热输入大,有利于降低落锤断口灰斑,适合焊接U75V钢轨。为获得有效加热,脉动闪光工艺参数必须根据加热钢轨接触电阻变化,对焊接参数分多段进行独立调节,确保不发生长时间短路或快速烧化。

U75V钢轨TTT曲线、CCT曲线及感应热处理的显微组织分析

简要分析了U75V钢轨的感应热处理原理,讨论了U75V钢轨的TTT曲线和CCT曲线,分析了一些典型的异常显微组织和产生机理,提出了其感应热处理的冷却速度范围。

奥-贝合金钢道岔与U75V钢轨闪光对焊接头组织与性能分析

用闪光对焊方法焊接了奥—贝合金钢道岔与U75V钢轨的异种钢接头。对接头的微观组织、显微硬度、冲击吸收功、抗拉强度、疲劳性能进行了试验,分析了正火处理对接头硬度、强度和冲击吸收功的影响。结果表明,奥—贝氏体合金钢道岔与U75V钢轨焊接接头经过900℃±20℃正火处理后明显改善接头的硬度分布;接头的抗拉强度和冲击吸收功也得到了很大提高;焊缝及热影响区的晶粒细化且分布比较均匀,因而具有优良的综合力学性能。

U75V钢轨移动闪光焊焊后热处理工艺研究

钢轨经闪光焊焊接以后,焊缝区域脆性增大,影响到无缝线路的使用性能和寿命,因而需进行焊后热处理。针对U75V钢轨采用连铸技术后与以往模铸生产时性能的差别,对其接头焊后热处理工艺进行了研究,提出了最佳工艺参数:感应加热温度(880±20)℃,加热时间>120 s,喷风压力0.12～0.15MPa,喷风时间150 s。此时接头全断面平均冲击功23.5 J,接头轨面硬度与母材的比值为0.975,轨底侧晶粒度9级,焊接接头的性能得到了全面的提高。

U75V钢轨闪光焊焊后火焰正火与感应正火接头性能对比

随着铁路运输的发展,为满足提速和重载的需要,铁路线路应进行无缝化。目前我国铁路无缝线路用钢轨以U71Mn和U75V2种为主,其中U75V由于其强度较高,耐磨性较好,广泛应用于客货混行线路。我国钢轨的无缝化最主要的手段是对定尺轨进行闪光焊接,焊后进行正火处理,正火处理主要采用感应正火或火焰正火2种方式。本文通过对U75V钢轨闪光焊后采用不同正火方法处理后的接头,进行拉伸、冲击及硬度试验,对比2种正火方式对钢轨接头上述性能的影响。

U75V钢轨断件断裂原因分析

随着铁路运输的高速化和重载化,钢轨的伤损日趋严重,传统钢轨损坏形式主要有钢轨局部的磨耗、机车轮空转打滑所产生的踏面擦伤、轨端淬火层的剥落等,列车通过时巨大的冲击载荷易促使这些损伤部位裂纹发展形成轨头横向疲劳裂纹,将降低线路质量,影响行车安全。针对成都焊轨段闪光焊U75V钢轨断件,从宏观和微观两个方面分析其产生断裂的原因,研究钢轨中夹杂物如硫化物、硅酸盐、Al2O3等对钢轨产生断裂的影响。研究表明:本钢轨断件的破坏是由于疲劳裂纹扩展引起的断裂,即钢轨核伤;而疲劳裂纹是由氧化铝及钙铝酸盐非金属夹杂物引起。

百米U75V钢轨矫直前冷却过程弯曲变形的有限元分析

通过研究百米钢轨冷却的边界条件,采用三维瞬态非线性有限元法计算分析了百米U75V平直钢轨矫直前冷却过程中的弯曲变形变化规律。结果表明,平直钢轨在冷却过程中的弯曲变形是一个循环反复的过程,但钢轨最终是弯向轨头的;在考虑钢轨与冷床摩擦作用的情况下,平直钢轨终冷后,其变形特点是中间平直、两端弯曲,端部弯曲范围约为18 m。

百米U75V钢轨矫直前冷却过程温度场的有限元分析

通过研究U75V钢轨冷却过程的热边界条件,采用三维瞬态非线性有限元法计算了百米钢轨矫直前845～150℃冷却过程的温度场。结果表明,在冷却过程中的钢轨横截面不同位置的温度下降速率不同,在冷却初期(200～2 000s),每条冷却温度线都出现一个温度降低缓和的"平台"阶段,如轨底边部冷却速度最快,开始相变时间最早;在冷却2 500～3 000s时,轨头、轨腰、轨底中心的温度迅速下降,轨头与轨底边部的温差约5℃,在冷却5 000～7 000s时,各部位温差趋于一致;计算温度值和现场实测值差别小于50℃。

稀土Ce对热轧U75V钢轨低温韧性的影响

在实验室进行了不同稀土Ce含量的热轧态U75V钢轨冶炼及轧制,重点针对轧后钢轨低温冲击性能、低温断裂韧性进行对比分析。试验结果表明,热轧态U75V钢轨加入0.0056%稀土Ce后,钢轨常温冲击韧性可提高30%左右,-60℃低温冲击韧性可提高60%左右;钢轨-20℃KIC平均值提高14%左右,钢轨-60℃KIC平均值提高15%左右,稀土Ce的加入进一步提升了热轧态U75V钢轨低温韧性。

U75V钢轨钢波磨的形成过程及其组织演变

用光镜和扫描电镜结合表层硬度测试,研究U75V钢轨钢滚动磨损试样表面波磨形成过程及其表面形貌和表层组织变化.结果表明,磨损表面形成一层剧烈塑性变形层,其中铁素体和渗碳体明显细化.在波磨初期,随着转数的增加,剧烈塑性变形层厚度增加,在波磨中期和波磨后期,其厚度基本保持不变.波谷处剧烈塑性变形层厚度大于波峰处.波磨中期,磨损量增加,波磨后期,摩擦系数急剧升高.波峰处以粘着磨损为主,波谷处以疲劳磨损为主.表层硬度随转数增加而增加,波磨后期,表层硬度呈波浪形分布,硬度峰值位于波磨波谷位置,硬度谷值位于波磨波峰位置.

U75V钢轨锯切断裂原因分析

针对从U75V钢轨顶面垂直锯轨至接近轨底处时,轨腰下部及轨底出现垂直断裂的现象,通过对锯切断裂钢轨断口进行宏观观察、微观扫描和金相组织检验,并采用有限元仿真方法对钢轨锯切过程中和采取不同支垫方式的受力进行分析,研究钢轨锯切断裂产生的原因并提出预防措施。结果表明:裂纹起源于钢轨轨腰三角区、夹角为45°锯切休止痕的中间位置;因支垫方式不当,锯切到断口位置时,由重力作用引起的锯口局部区域应力值大于钢轨的拉伸强度,锯口表面裂纹尖端应力强度因子(57~140 MPa·m^(1/2))远大于钢轨母材的断裂韧性(36.6 MPa·m^(1/2)),导致钢轨瞬时开裂;通过在钢轨重心位置处进行支垫的方式可消除重力引起的钢轨变形,有效避免锯切时的断裂现象。

插销法研究自保护焊U75V钢轨的冷裂敏感性

采用插销试验法研究了JDHS-38#自保护药芯焊丝焊接U75V钢轨的冷裂敏感性,评估了预热温度、线能量、焊道数3个因素对U75V钢轨临界断裂应力的影响.结果表明,现场对钢轨施焊时,采取250℃的预热温度,14 kJ/cm左右的线能量,双层焊等措施可以使钢轨接头热影响区少产生甚至不产生焊接冷裂纹,使其临界断裂应力达646 MPa,与抗拉强度相当.若采用其他工艺参数,临界断裂应力较低,且当拘束拉伸应力高于抗拉强度时,于热影响区发生氢致断裂.焊接接头过热区组织主要为马氏体、贝氏体,断口显微形貌主要为河流花样、泥状花样及爪状花样.

K920焊机连续闪光焊焊接U75V钢轨工艺试验

文章分析了K920焊机连续闪光焊焊接U75V钢轨的工艺试验过程,提出了影响钢轨焊接质量的因素。

U75V钢轨交流闪光焊工艺优化

对U75V合金钢轨交流闪光焊焊接质量影响较大的13个焊接工艺参数,采用正交设计的方法设计了焊接工艺试验,根据正交试验结果分析了主要工艺参数与焊接质量之间的关系.得出了U75V合金钢轨的最佳焊接工艺和影响焊接质量的主要因素,其中送进速度是最重要的影响因素.优化的焊接工艺通过了钢轨焊接的落锤试验,并已应用于钢轨的焊接生产.

攀钢U75V钢轨焊后热处理工艺探讨

本文简要分析了钢轨焊接接头的感应加热原理及感应热处理原理，通过参考共析钢的等温转变（TTT）曲线和连续冷却（CCT）曲线，探讨攀钢U75V钢轨的焊后热处理工艺。

U75V钢轨连续闪光焊焊接工艺研究

针对目前焊轨生产中采用К190лк焊机焊接U75V钢轨,接头质量不稳定的工程实际问题,采用程控调压方式,对电流进行恒值控制,使钢轨焊接接头质量稳定,保证行车安全。