高强韧性轮辋用490CL车轮钢焊接开裂失效分析

采用闪光对焊制成的490CL车轮钢轮辋在扩口成型工序,从焊缝处开裂失效。通过宏观、微观断口形貌观察,化学成分和力学性能检测,显微组织检验,显微硬度测试及能谱成分分析,对高强韧性轮辋用490CL车轮钢焊接开裂原因进行分析。结果表明,焊缝开裂处存在一定面积的以氧化锰为主的焊接“灰斑”,降低了焊缝塑性,导致焊接好的轮辋在扩口成型时从焊缝融合线处开裂。从降低闪光留量、增加顶锻压强等方面调整焊接工艺参数,改善轮辋用490CL车轮钢焊缝质量,轮辋成型时焊缝开裂比率从1.5%降低至0.3%。

轧制工艺对高强度车轮AG650LW轮辋钢的组织和性能的影响

通过Gleeble-3800热模拟试验机对AG650LW钢进行动态CCT曲线测定和轧制工艺模拟试验,得出满足650 MPa轮辋钢性能要求的组织为由铁素体+贝氏体+少量的珠光体,其终轧温度840~880℃,卷取温度480℃,轧后层流冷却速率≥10℃/s,硬度≥220HV。试验钢卷的综合开裂率4.3‰,满足了用户的加工期望要求。

考虑焊接影响的轮辋扩口成形缺陷研究

针对轮辋生产过程中的焊缝开裂现象,基于Mises屈服准则和组合高斯体热源焊接模型提出了一种工艺链式数值模拟方法,进而研究考虑焊接影响下的轮辋焊缝开裂成因及改进措施。首先,运用Simufact软件模拟从轮辋焊接到扩口成形的耦合过程,分析扩口过程中焊缝区域与母材之间的应力状态和变化规律;其次,从微观角度对断口组织结构和形貌特点做进一步分析。结果表明:焊缝区域的应力集中、模具工件间的摩擦、焊缝区域魏氏铁素体和粗大的晶粒以及过大的环向切应力是造成轮辋焊缝开裂的可能原因。因此,提高焊缝接头质量,采取合适的去应力手段,加强模具和工件间的润滑,可有效降低轮辋焊缝开裂倾向。

420CL焊缝冷成形轮缘横裂分析及改进

客户使用420CL热轧钢带制作轮辋过程中,在滚型、扩涨等冷成形工序轮辋轮缘出现与焊缝垂直方向的横裂纹,通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪检测等手段,对420CL钢热轧基板及轮辋开裂焊缝进行分析,确定导致焊缝开裂的原因。结果表明:焊缝接头部位为受热和力作用的固态相变组织,其会遗传母材基体的高强度,母材基体强度高,对应其焊缝强度高、硬度大,其焊缝与母材的硬度差异大,焊缝接头表层存在的粗晶粒区与细晶粒区的交界成为裂纹源,导致轮辋外表面塑性变形时协调变形的能力差。通过分析合金成分对性能的影响,优化成分设计,用Ti代Nb,降低材料的强度及屈强比,提高延伸率,改善420CL的综合力学性能,用其制作轮辋时开裂率约0.6%,完全满足下游客户的需求。

轮辋用车轮钢380CL焊后扩口开裂原因分析

采用光学显微镜、显微硬度计等对闪光焊接的轮辋用车轮钢380CL开裂试样进行检测分析。结果表明,车轮钢380CL中C元素含量超内控上限,闪光焊接时焊缝区域为快速高温加热,焊后冷却速度快,焊缝区淬透性提高,出现粗大的贝氏体组织;基体和热影响区显微硬度(HV0.1)为303~310,而焊缝区的显微硬度(HV0.1)为346,比基体和热影响区的硬度高12%~14%,硬度差异较大,轮辋扩口变形时各组织变形协调能力差,导致在焊缝和粗晶热影响区的交界处开裂。通过严控车轮钢380CL的化学成分,同时降低焊接热输入量,可细化焊缝组织,降低焊缝和基体、热影响区的硬度差,保证焊缝具有良好的塑性,降低轮辋成形开裂率。

废旧轮胎裂解炭黑在垫带中的应用研究

本文研究了废旧轮胎裂解炭黑EN330和EN660在有内胎垫带中的应用,探究了不同规格裂解炭黑对比工业炭黑N660在垫带各个性能的影响。试验结果表明:裂解炭黑等量替代N660后,胶料的硬度、拉伸强度、老化性能差异不大,材料成本大幅下降;胶料的综合性能接近原生产配方,满足行业标准。

薄煤层铲板车轮辋开裂分析与优化

轮胎作为承载整车的关键部件,不仅可以传递驱动力和制动力,还可以吸收和缓和车辆行驶时所受的部分冲击和振动,还能保证整车有良好的乘坐舒适性和行驶平顺性。而轮辋则是安装和支撑轮胎的部件,一旦轮辋开裂,会导致轮胎漏气,致使轮胎软蹋,造成较严重的安全事故。以矿区薄煤层铲板车轮辋开裂为研究对象,采用Abaqus有限元分析软件对轮辋的应力分布情况进行分析,同时对轮辋开裂区域结构进行宏观金相实验。结果表明,轮辋焊缝中存在焊缝缺陷,使得轮辋结构承载能力降低,在外载荷作用下发生焊缝开裂,据此从工艺和结构进行优化改进,通过仿真分析及整车运行,得到优化后的结构能经受住各种恶劣工况考验,以验证改善措施的有效性。

铁路车轮轮辋疲劳裂纹和踏面剥离掉块的微观伤损因素分析

以某型铁道车辆装用的3组(20个为1组)车轮(其中,1组车轮的轮辋出现疲劳裂纹,1组车轮的踏面存在剥离掉块,1组车轮运行30万km未出现伤损)为研究对象,采用ASPEX自动扫描电镜系统研究3组车轮轮辋中非金属夹杂物的组成、性质及定量关系,并采用扫描电子显微镜和金相显微镜,研究轮辋疲劳裂纹、踏面剥离的伤损形貌和特征,分析导致轮辋疲劳裂纹和踏面剥离的微观伤损因素。结果表明:辋裂车轮中的非金属夹杂物以脆性夹杂物为主,约占非金属夹杂物总数的85%,并且断口中存在的毫米级脆性氧化物类夹杂物属于冶炼或浇注过程中混入的耐材或熔渣等外来物,这是轮辋疲劳裂纹形成的主要原因;在踏面剥离掉块车轮和未损伤车轮中,塑性非金属夹杂物占绝对多数,分别约占非金属夹杂物总数的84%和93%,踏面剥离掉块车轮的踏面塑性变形层平均厚度约为1mm,为未伤损车轮踏面塑性变形层的10倍,说明踏面塑性变形层的相对变形量较大是导致车轮踏面剥离掉块的主要原因。

夹杂物对轮辋裂纹萌生的影响

列车速度的提高和车辆轴重的增加导致轮轨接触应力加大,引起车轮轮辋内部应力分布的变化。根据铸钢车轮轮辋金相分析结果,应用Goodier方程对轮辋处夹杂物和空穴周围的应力状态进行分析。在轮轨接触应力作用下,Al2O3球形夹杂物在其球体的"极点"位置产生应力集中,而空穴处于"赤道"位置,其应力更大。根据Murakami公式,以轴重为25 t的车轮为例,计算在不同运行速度下,距铸钢车轮踏面一定深度的夹杂物临界尺寸。其结果显示,在一定车速下,夹杂物的临界直径随距踏面深度的增加而增大;若深度一定,夹杂物的临界直径则随车速的提高而变小。当轮辋中夹杂物的尺寸大于该临界直径时,轮辋疲劳裂纹就可能萌生。

Influence of Inclusion on Crack Initiation in Wheel Rim

Speed increase and heavy haul of the railway freight car are the effective measures to raise the transport ability of railway, and they have been the new trend for railway freight car development. The increase of speed and axle load will lead to the increase of wheel rail contact stress, which will make a great change of stress distribution in the whole wheel rim. Goodier equation was employed to analyze the stress state around inclusion and cavity. In the operation of wheel-rail contact stress, stress concentration occurred in the pole of Al2O3 spherical inclusion, while it appeared on the equator of cavity. The critical inclusion sizes of 250 kN axle load freight car wheel at different velocities, a certain distance away from the tread, were calculated by Murakami equation. Comparing the inclusion in cast steel wheel with that in rolled steel wheel, it is found that the inclusion in cast steel wheel has much more excellent crack resistance than that in rolled steel wheel. In the meantime, in order to reduce the probability of rim crack, some suggestions were put forward.

曲边冰洲石的发现及其矿床成因的探讨

在各类型冰洲石矿床中发现了大量的冰洲石弯晶，通过对冰洲石矿床野外考察的归纳总结，联系到晶体生长和材料力学的有关知识，提出冰州石矿床的成因极可能是原矿床中方解石受到构造运动强烈影响后，在长期的水淋滤改造作用下发生冰洲石化，并由此而形成冰洲石矿床。

跑道线圈换能器在铁路重载货车探伤中的应用

针对在线车轮超声探伤系统的工程应用,研究了跑道线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场。根据外磁场和线圈配置,将表面力源近似为非均匀的水平剪切力源,数值计算得到了此力源的辐射声场指向性图,并与实验结果进行比对,结果表明辐射的水平偏振横波具有中间强两侧弱的指向性,对理解跑道形电磁线圈超声换能器的辐射声场和在重载货车车轮辋裂缺陷探伤中的工程应用具有一定的指导意义。

闪光对焊焊接380CL钢轮辋焊缝开裂原因分析

利用光学显微镜、扫描电子显微镜等分析了闪光对焊焊接380CL钢轮辋焊缝开裂的原因。结果表明:该轮辋焊缝的开裂为脆性开裂,焊缝区晶粒异常长大及焊后冷速较快而产生的粗大魏氏组织是其失效的根本原因;通过优化闪光对焊工艺,降低焊接时焊缝中心高温停留时间以有效控制焊缝奥氏体晶粒尺寸,可以保证焊缝良好的强韧性、避免焊缝开裂。

动车组车轮辋裂损伤容限和剩余寿命评估

针对我国某型动车组车轮在实际线路发生的辋裂损伤,在全面失效分析的基础上,揭示了车轮辋裂失效机理;以车轮材料裂纹扩展试验数据为基础,结合Franc3D仿真分析软件对车轮内部缺陷进行裂纹扩展仿真计算.仿真结果表明:车轮内部缺陷尺寸及分布均对车轮滚动接触疲劳寿命产生影响,缺陷尺寸越大,分布位置距车轮最大应力区越近,车轮疲劳寿命越短.该车轮的损伤容限为3 mm,与标准中失效判据3 mm一致,给出了目前我国铁路车轮辋裂失效探伤标准(?3 mm横孔当量大小)的理论依据.

复杂形状夹杂物对动车组车轮辋裂的影响

以CRH5型动车组轮轴为研究对象,研究了夹杂物的形态对轮辋局部应力和轮辋裂纹成核的影响。结果显示,夹杂物棱角角度越小,夹杂物周围应力水平越高;夹杂物的厚度越小,半径越大,夹杂物周围最大等效应力越大,越易引起局部应力集中,导致疲劳裂纹易于萌生。利用有限元法和曲线拟合方法得到不同工况下夹杂物的临界尺寸,研究发现:不同工况下夹杂物的临界尺寸不同,弯道工况下的临界尺寸最小,夹杂物的尺寸超过临界尺寸时,裂纹才会萌生。

简析高速重载工况对车轮轮辋疲劳裂纹萌生的影响

研究了在重载列车和高速列车车轮实际使用工况下,轮轨接触应力提高后车轮轮辋内部应力增加对轮辋疲劳裂纹萌生的影响。对普通列车、重载列车、高速列车上实际运用过程中发生辋裂的车轮进行失效分析和研究,结果表明:列车轴重增加和运行速度提高,导致车轮轮辋内部萌生裂纹的"临界夹杂物尺寸"减小,使车轮轮辋中原本处于安全尺寸范围的脆性夹杂物越过"临界夹杂物尺寸"成为疲劳裂纹萌生的主要发源点,最终导致车轮轮辋疲劳裂纹的形成。

车轮轮辋检测超声探头的研制

介绍了用于车轮轮辋超声波检测用的手动和自动探伤ＴＲ探头的设计和制造工艺，制造出了灵敏度高、盲区小、信噪比高的ＴＲ探头，在现场轮辋探伤中取得了良好的结果．

轮辋浅层裂纹伤损容限分析

将"含与表面切线平行的圆片裂纹的半无限体表面承受滚压(含滑动)赫兹接触"问题应用于轮辋浅层埋藏型裂纹的损伤容限研究,提出了一种基于解析解的轮辋浅层裂纹应力强度因子计算方法。为解决既有应力强度因子塑性修正方法不适用于裂纹扩展寿命估算的问题,以降低应力强度因子为修正目标,提出一种新的塑性修正公式。在实测国产动车组D1车轮轮辋断裂力学性能指标基础上,综合应变能密度因子理论和上述应力强度因子计算方法、塑性修正公式开展了轮辋浅层裂纹起裂临界尺寸及伤损容限研究,通过类比分析了踏面类型、辐板形状对动车组车轮轮辋浅层裂纹扩展条件及伤损容限的影响规律。仿真结果表明:轮辋浅表裂纹扩展时以Ⅱ型裂纹扩展为主,基本上属于剪切应力作用的滑开型裂纹;在动车组轴重范围内,直径不大于1mm的圆形面片裂纹对应的应力强度因子小于裂纹扩展门槛值,因此裂纹不会扩展,该研究成果可为探伤标准制定提供理论依据。

汽车轮辋对焊开裂分析

汽车滚型轮辋闪光对焊后出现开裂。采用化学成分分析和宏、微观检验等方法对开裂轮辋进行了分析。结果表明:焊缝中存在氧化物夹杂、粗大的魏氏组织及沿晶游离渗碳体,使材质变脆,由此产生较大的内应力促使微裂纹生成,在上述因素下,轮辋在对焊后扩张时产生开裂。

货车车轮轮辋裂纹扩展特征分析

通过进行有限元计算和车轮轮辋材料疲劳裂纹扩展试验,研究了货车车轮轮辋裂纹扩展的主要控制因素和扩展规律。结果表明,轮辋深部裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子为负值,即裂纹为闭合型;裂纹扩展主要受Ⅱ、Ⅲ型及其复合应力强度因子控制。在Ⅰ型(负值)应力强度因子及裂纹面间的摩擦力共同作用下,裂纹尖端的Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子幅值较低,裂纹不易发生偏折或分叉,一般会沿着轮辋踏面切线方向扩展,直至扩展到踏面。