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《西南交通大学》 2012年
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轮轨材料滚动接触磨损性能及减磨措施研究

曾东方  
【摘要】:随着我国客车高速化和货车重载化的发展,轮轨滚动接触疲劳和磨损加剧。近年来,高速铁路运营经验表明,由于车轮材料硬度偏低,车轮的磨损速率较快。因此,通过研究材料匹配对轮轨滚动接触磨损的影响,提出合理有效的轮轨减磨措施对减少轮轨接触损伤以及提高铁路经济效益具有重要的现实意义。本课题研究的目的就是确定最佳的轮轨材料匹配关系,研究等温淬火球墨铸铁(ADI)和两种表面改性工艺应用于减少车轮材料磨损的可行性。 本研究使用了三种欧系合金钢车轮材料,依次为ER7车轮材料、以ER7的材料成分为基础增加了含碳量而合金成分不变的ER8-D2车轮材料,以及以ER7的材料成分为基础保持含碳量不变而增加了合金成分的ER8-D3车轮材料。本研究使用的钢轨材料为U71Mn合金材料。研究中分析了不同深度下轮辋材料的硬度和显微组织差异,使用MMS-2A摩擦磨损试验机在冷却和非冷却条件下研究了不同轮轨试样摩擦副的滚动接触摩擦磨损性能。以ADI材料和两种表面处理试样为研究对象,通过摩擦磨损实验,研究上述试样与U71Mn钢轨试样组成的摩擦副的摩擦磨损性能。研究结论如下。 高速动车组车轮材料的磨损实验结果表明,对轮轨试样摩擦副接触面进行冷却后,轮轨材料的磨损明显减轻。为了使实验条件尽可能的接近现场情况,应该对轮轨试样摩擦副进行冷却。影响轮轨材料磨损性能的主要因素是车轮材料的硬度,随着车轮材料硬度的增加,车轮材料磨损减轻,钢轨材料磨损加剧。此外,显微组织也在一定程度上影响车轮材料的抗磨损性能,粗大的铁素体组织和较高的铁素体含量均不利于车轮材料抗磨损性能的提升。冷却条件下ER8-D2的抗磨损性能最好,结合高速铁路运营经验,为了减少车轮磨损,动车组车轮应当选用ER8-D2车轮材料。 与合金钢车轮材料相比,2种ADI材料的磨损性能均有大幅度的改善.硬度低、石墨球直径小且密度大的ADI材料自润滑效果好,相对应的摩擦副抗磨损性能最好;硬度高、石墨球直径大且密度小的ADI材料自润滑效果较差,相对应的摩擦副抗磨损性能居中;合金钢车轮材料不具备自润滑能力,相对应的摩擦副抗磨损性能最差。 WPC+PIP复合表面处理后的车轮试样,改性层的耐久性不足;激光毛化处理后的车轮试样抗磨损性能明显改善,但对应的钢轨试样的磨损行为急剧恶化。上述两种表面处理工艺均不适用于车轮表面的改性处理。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U211.5

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