【表面强化技术】西南交通大学韩靖副教授等：人工缺陷下感应淬火重载铁路车轴损伤容限评价
科技
科学
2024-12-02 17:00
重庆
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重载铁路是煤炭等矿物运输的主要方式，它们在经济发展中发挥着重要作用，比如我国的大秦线。如果重载列车或者线路出现故障，将扰乱正常的生产秩序并造成生命和财产损失。车轴是列车的核心部件，设计寿命约30年，总服役应力循环周次大于109。在长期的服役过程中，车轴制造缺陷（夹杂）、维护缺陷（刮擦、磕碰）和服役缺陷（冲击损伤、腐蚀、微动）均可引发车轴疲劳断裂，进而造成脱轨事故。因此，车轴安全是列车健康管理的重中之重。提高车轴长寿命设计下的安全性和可靠性，主要从设计、制造和维护三个方面开展工作。相比之下，优化设计和改进工艺可以从根本上提高车轴疲劳性能并延长剩余寿命，这对提高轨道车辆全寿命周期经济性具有重要意义。西南交通大学韩靖副教授等以重载铁路车轴为研究对象，通过工艺设计制备不同淬硬层试样，在试样表面预制车轴常见的2类代表性缺陷：缺口和磕碰，研究人工缺陷下不同淬硬层深度对重载铁路车轴疲劳性能的影响。同时，以未处理试样为参照，分析表面感应淬火在重载铁路车轴上的适用性和可行性。此研究内容有助于重载铁路提高轴重并降低自重，对实现重载车轴轻量化和提高其他类型列车车轴全寿命周期安全性和经济性具有指导意义。
关键词：铁路车轴；感应淬火；淬硬层深度；人工缺陷；损伤容限1）感应淬火试样表面淬硬层为回火马氏体和少量铁素体，未转变铁素体的含量随着心部方向深度的增大而增多。淬硬层深度越深，表面硬度越高，残余压应力越大，显微硬度梯度和残余应力梯度与组织转变相关。2）正火态试样和感应淬火试样疲劳强度均随着电火花缺口尺寸的增大而降低，在本研究设计的缺陷尺寸范围内，电火花缺口下感应淬火试样的疲劳强度高于正火态试样。3）在冲击损伤尺寸较小时，正火态试样和表面感应淬火试样的疲劳强度不受损伤的影响。在冲击损伤尺寸较大时，正火态试样和表面感应淬火试样疲劳强度均急剧下降。在相同损伤尺寸下，二者的疲劳强度相当。在相同冲击速度下，感应淬火试样疲劳强度始终高于正火态试样。高速冲击感应淬火试样损伤有效尺寸大于观测结果。4）电火花缺口试样失效均源于电火花缺口，呈现多裂纹源聚合失效机制。在冲击损伤尺寸较小时，夹杂物为正火态和感应淬火试样失效的根源，此时试样的疲劳强度接近光滑试样。在冲击损伤较大时，正火态试样弹坑边缘为裂纹源，而感应淬火试样裂纹源位于底部剪切诱导裂纹、边缘材料缺失及微裂纹处。该文章发表在《表面技术》第53卷第19期。
引文格式：吴鹏程, 高杰维, 赵海, 等. 人工缺陷下感应淬火重载铁路车轴损伤容限评价[J]. 表面技术, 2024, 53(19): 173-185.
WU Pengcheng, GAO
Jiewei, ZHAO Hai, et al. Damage Tolerance Evaluation of Induction Hardening
Heavy-duty Railway Axle under Artificial Defects[J]. Surface Technology, 2024,
53(19): 173-185.
DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.19.016
