第一章 常用钢轨的化学成分及性能
轨道工程复习提纲
第一章：轨道结构1、轨道技术要求：高平顺性、高强度、易维修性、减振性2、轨道的作用：①总作用：行车的基础；②导向：引导机车车辆平稳安全运行；③承力：直接承受由车轮传来的荷载；④传力：把荷载传布给路基或桥隧建筑物。
3、轨道的工作特点：①结构的组合性和散体性：多种材料部件组成且为松散配合、道床为散粒体道砟、纵向组成长大工程结构物；②维修的经常性和周期性：道床不断沉降、部件不断损伤、定期更换轨道部件；③荷载的重复性和随机性：每个车轮均对轨道施加作用力、每个车轮对轨道作用力不同、每个车轮在轨道不同部位作用力不同4、运营条件：用行车速度、轴重、运量来描述5、速度与轨道的关系：①速度越高，振动越大，动轮载越大，轨道变形越大；②平顺轨道的动轮载增加量低于10%，轨道不平顺时、钢轨接头、车轮不圆及扁疤时，动力作用大幅增加，接头冲击可达3-4倍；③速度越高，轮轨横向力越大，磨耗及伤损越大；④速度越高，振动越大，乘坐舒适性越差，要求轨道越平顺，基础越稳定。
6、轴重与轨道的关系：①轴重越大，荷载越大，疲劳损伤越严重；②钢轨疲劳伤损主要是由轴重引起的，与轴重的2-3次方成比例；③道床及路基累积变形也主要是由最大轴重引起的，与大轴重的平方成正比；④低速重载较高速铁路动作用力大；⑤车轮直径D对轴重与轨道关系影响极大，P/D不宜大于142-162kN/m，车轮不能增大时，需采用重型钢轨或改善钢轨材质以提高轨道强度。
7、运量与轨道的关系：①运量是反映轴重、速度、行车密度的一项综合指标；②速度和轴重决定了荷载强度，行车密度决定了荷载和应力作用的频度；③运量越大，行车密度越大，单位时间内应力循环次数越多，整个轨道的永久变形积累及其部件的疲劳伤损越快，轨道的维修周期越短；④运量越大，可用以维修的作业时间越少；⑤要求轨道具有高的耐久性、较少的维修工作量。
8、轨道设计原则：等强度原则、弹性连续原则、等寿命原则轨道选型原则：与运输发展相适应，由轻到重逐步加强；经济、适用、标准化；轨道各部合理匹配；与线下基础及信号配套。
钢轨基本知识
第二节钢轨基本知识一、钢轨使用规定高速铁路正线、到发线应采用60 kg／m无螺栓孔新钢轨；其他站线宜铺设50 kg／m钢轨。
200 km／h及以上高速客运铁路应选用u71MnG、强度等级为880～IPa热轧钢轨；200 km／h～250 km／h高速客货混运铁路应选用U75VG、强度等级为980 MPa热轧钢轨。
其中，U代表钢轨钢，71、75代表化学成分中碳平均含量为0．71％、0．75％，V代表钒元素，Mn代表锰元素，G代表高速铁路。
高速铁路钢轨应具备安全使用性能好、几何尺寸精度高、平直度好的特点，同时要求钢轨的实物质量达到高纯净、高平直、高精度、长定尺，这就要求钢轨钢质洁净、韧塑性高、焊接性能优良、表面基本无原始缺陷。
二、钢轨长度及断面尺寸1．钢轨长度高速铁路正线应采用符合相应技术标准的100 m定尺轨，短尺轨长度为95 m、96 m、97 ITI 和99 ITI四种。
．；，，’2．钢轨断面尺寸60 kg／m钢轨断面尺寸，如图2-1所示。
3．钢轨计算数据60 kg／m钢轨计算数据，如表2—9所示。
三、钢轨材质1．钢轨的化学成分(表2—10)2．钢轨拉伸性能和硬度钢轨的抗拉强度和伸长率及轨头顶面中心线上的表面硬度值应符合表2一11的规定。
四、钢轨标志我国钢轨生产厂家主要有攀钢、包钢、鞍钢和武钢四家，各厂家标志如图2 2所示。
钢轨标准规定，在钢轨轨腰部位需要采用两种标记，即轧制标志和热压印标志，同时还规定了其他标识，如在轨端刷漆以及粘贴标签。
1．凸出标志钢轨一侧轨腰上轧制的凸出标志顺序：生产厂标志——钢轨轨型(如60代表60 kg／m)——钢轨钢牌号(如u75vG、u7lMnG)——制造年(轧制年度末两位)、月(如04代表轧年度为2∞4年，Ⅲ代表3月份轧制)。
2．凹入标志钢轨另一侧的轨腰上热压印凹人标志的顺序：钢厂代码——生产年份——炉号——连铸流号——连铸坯号——钢轨顺序号——班别号。
各个钢厂的热压印标志不完全相同。
各种钢轨参数资料
名称＝重轨标准=GB/ 183-1963,GB/T 182-1963,GB/T 181-1963 -----------------------------------------------------------序号=2钢轨型号\kg/m=43A\mm=140B\mm=114C\mm=70D\mm=14.5截面面积\F\cm^2=57重心距离\至轨底Z1\cm=6.85重心距离\至轨顶Z2\cm=7.15惯性矩\Jx\cm^4=1480惯性矩\Jy\cm^4=260截面系数\W1=Jx\Z1\cm^3=217.3截面系数\W2=Jx\Z2\cm^3=208.3截面系数\W3=Jy\(B/2)/cm^3=45斜度\K=0.04375理论重量\kg/m=44.653通常长度\m=12.5，25标准号=GB182-63h1\mm=27h2\mm=42h3\mm=77.5a\mm=30.4b\mm=46g\mm=78f1\mm=11f2\mm=14f3\mm=r1\mm=13r2\mm=2r3\mm=4S1\mm=56S2\mm=110S3\mm=160φ=29R\mm=300R1\mm=5，10R2\mm=15名称＝起重机钢轨标准=YB/T 5055-1993----------------------------------------------------------- 序号=2型号=QU80理论重量\kg/m=63.69b\mm=80b1\mm=87b2\mm=130s\mm=32h\mm=130h1\mm=35h2\mm=26R\mm=400R1\mm=26R2\mm=44r\mm=8r1\mm=6r2\mm=2截面面积\cm^2=81.13重心距离y1\cm=6.43重心距离y2\cm=6.57惯性矩Ix\cm^4=1547.4惯性矩Iy\cm^4=482.3截面系数\W1=Ix/y1\cm^3=240.65截面系数\W2=Ix/y2\cm^3=235.52截面系数\W3=Iy/(b2/2)\cm^3=74.21参考资料：《机械设计手册》第一节钢轨一、钢轨的功用及要求钢轨是铁路轨道的主要组成部件。
铁路钢轨U71MnG 、U75V等简介
U71Mn/U71MnG、U75V/U75VG、U76CrRE等钢轨的钢种、性能等简介1我国钢轨的钢种及性能1.1钢轨的化学成分钢轨的化学成分除钢中的五大基本元素C、Si、Mn、S. P外，还有合金元素如Cr、V、Nb以及钢中的残留元素等。
关于钢轨钢的命名: 第一个字母U ,代表轨钢(轨字汉语拼音GUI的第二个字母) ,后面的数字代表平均含碳量,再后面的字母代表合金化的元素,如U75V代表平均含碳量为0.75%、采用钒合金化的钢轨钢。
1.2钢轨钢的组织奥氏体奥氏体是在大于727°C高温下才能稳定存在的组织,塑性好，是钢轨钢在高温下所要求的组织。
高锰钢道岔组织即为奥氏体组织,是高锰钢经过水韧处理后得到的,在强的冲击载荷下，能形成硬化层,表现出优异的抗磨耗性能。
珠光体珠光体是渗碳体和铁素体的混合物。
目前钢轨钢的组织大多数为珠光体组织。
马氏体马氏体是奥氏体迅速冷却得到的淬火组织。
钢轨钢中一般出现的马氏体组织为针状马氏体，脆而硬，为不允许出现的有害组织。
1.3国内主要钢种U71Mn/U71MnG钢轨U71Mn钢轨为我国至今使用时间最长的钢轨，其强度等级为880MPa，轨顶面硬度260-300HB，有较好的韧、塑性，焊接性优良。
U71MnG钢轨为高速铁路用钢轨，性能指标同U71Mn ,化学成分略有不同,主要C、S、P、V、Al含量略有差异。
U75V/U75VG 钢轨U75V为含钒微合金钢轨(以前曾称之为PD3钢轨) ,其强度980MPa级,轨顶面硬度280-320HB。
目前在我国铁路的繁忙干线上广泛使用。
U75VG钢轨为客货混运高速铁路用钢轨,在化学成分上与U75V钢轨的区别,主要S、P、V、Al含量略不同。
U77MnCr钢轨U7MnCr钢中含通过添加合金锰、铬,提高其的强度,热轧钢轨其强度980MPa级,轨顶面硬度290- 330HB ;热处理钢轨其强度1180MPa级,轨顶面硬度350-410HB ,硬化层深度大3于20mm.U76CrRE钢轨U76CrRE钢轨为包钢在BNbRE钢轨基础上开发的新钢种,其强度等级为980MPa , 轨顶面硬度310-360HB ,有较好的韧、塑性,焊接性优良U78CrV(原PG4)钢轨U78CrV钢中含通过添加合金铬,提高其的强度，热轧钢轨其强度1080MPa 级,轨顶面硬度310-360HB ;热处理钢轨其强度1280MPa级,轨顶面硬度370-420HB，硬化层深度大于20mm。
轨道结构-钢轨PPT012
三、钢轨的打磨方式
钢轨打磨的目的： 1）通过修正钢轨断面形状，改善轮/轨接触
关系，从而减少轮/轨接触应力和磨耗。 2）修正/控制钢轨波磨以及低接头。这些缺
陷会增加轮轨噪音、加快车辆部件和轨道 部件的恶化率，甚至造成列车限速； 3）修正/控制滚动接触疲劳缺陷。这些缺陷 会增加钢轨损伤的风险，甚至降低超声波 钢轨探伤的效果； 4）修正/控制其他钢轨缺陷（如车轮滚伤、
按照承受水平力方式分：无挡肩、有挡肩。
常见的高铁扣件：直结4K型，弹片式、有螺栓、混合式、有挡肩结构。
直结8K型，弹片式、有螺栓、分开式、无挡肩结构。
Voossloh型，弹条式、有螺栓、混合式、有挡肩结构。
Krupp ECF型，弹条式、有螺栓、分开式、无挡肩结构。
构。
Pandal Fastclip型，弹条式、有螺栓、分开式、无挡肩结
矫正性打磨并不是非常经济，主要是因为 需要除去钢轨表面的大量金属，还要求使 用大量的打磨过程，减少了钢轨的潜在使
2）过渡性打磨：
目的是将矫正性打磨制度转变成预防性或 者周期性的打磨制度。这种策略需要经历 数次打磨周期，特别是钢轨不是很规范地 养护的时候。
3）预防性打磨或周期性打磨：
由于主要的钢轨表面缺陷已经被矫正性打 磨或过渡性打磨所消除，接下来，就可以 执行预防性打磨。这种打磨策略的目的是 消除或控制钢轨表面缺陷、保证钢轨表面
我国自主研发的高铁扣件： （1）弹条Ⅳ型、弹条Ⅴ型。
弹混
条 Ⅳ 型
合 式 、 无
挡
弹肩
条
式
、
无
螺
栓
、
弹条Ⅴ型 弹条式、有螺栓、混合式、有挡肩
WJ-7型扣件
钢轨
基本参数
分类
生产厂
国内 我国钢轨以每米大致重量的公斤数，可分为起重机轨（吊车轨）、重轨与轻轨三种： ①起重机轨分为 QU120,QU100,QU80,QU70四种，材质一般为锰钢，单重最大的是QU120可达118kg/m。 ②重轨。按所用钢材钢种分为：普通含锰钢轨、含铜普碳钢钢轨、高硅含铜钢钢轨、铜轨、锰轨、硅轨等。 主要有38、43、50kg三种。此外还有用于少数线路上的45kg轨，以及在运量大和车速高的线路上用的60kg轨。 GB2585— 81规定了我国38～50kg/m钢轨的技术条件，其尺寸和代号等如表6—7—10所示。 2007年我国颁布了新标准 GB 2585-2007，除38～50kg/m外，新增加了60kg/m的重轨和75kg/m的重机轨。 国外 国际上各个国家都有自己的生产钢轨的标准，分类方式也不尽相同。 钢轨(4张)如：英标：BS系列（有90A,80A,75A,75R,60A等等） 德标：DIN系列吊车轨。 国际铁路联盟：UIC系列。
轨头核伤是最危险的一种伤损形式，会在列车作用下突然断裂，严重影响行车安全。
注意问题
附件 相关规格
标准
钢轨相关表格Leabharlann （2）检验方法：对于规定的钢轨化学成分及力学工艺性能的检验，按照一般钢铁分析实验方法有关标准规定 进行。
用来把每节钢轨及钢轨与轨枕互相连接起来使成为连续的轨道的部件，称之钢轨附件。按应用部位分为接头 连接零件、中间连接零件。此外还有防爬设备和加强曲线的轨距杆，如鱼尾板、普通道钉等。
轨头工作边上圆角附近的剥离主要是由以下三个原因引起的：由夹杂物或接触剪应力引起纵向疲劳裂纹而导 致剥离；导向轮在曲线外轨引起剪应力交变循环促使外轨轨头疲劳，导致剥离；车轮及轨道维修不良加速剥离的 发展。通常剥离会造成缺口区的应力集中并影响行车的平顺性，增大动力冲击作用，又促使缺口区域裂纹的产生 和发展。缺口区的存在，还会阻碍金属塑性变形的发展，使钢轨塑性指标降低。
钢轨的材质和机械性能
钢轨的材质和机械性能钢轨的材质和机械性能主要取决于钢轨的化学成分、物理力学性能、金属组织及热处理工艺。
钢轨钢的化学成分除含铁（Fe）外，还含有碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）及磷（P）、硫（S）等元素。
碳对钢的性质影响最大。
提高钢的含碳量，其抗拉强度、耐磨性及硬度均迅速增加。
例如，当含碳量从0.35%增加为0.65%，可使平炉钢轨的耐磨性能提高60%。
但含碳量过高，也会使钢轨的伸长率、断面收缩率和冲击韧性显著下降。
因此，一般含碳量不超过0.82%。
锰可以提高钢的强度和韧性，去除有害的氧化铁和硫夹杂物，其含量一般为0.6%～1.0%。
锰含量超过1.2%者称中锰钢，其抗磨性能很高。
硅易与氧化合，故能去除钢中气泡，增加密度，使钢质密实细致。
在碳素钢中，硅含量一般为0.15%~0.30%.提高钢的含硅量也能提高钢轨的耐磨性能。
磷与硫在钢中均属有害成分。
磷过多（超过0.1%），使钢轨具有冷脆性，在冬季严寒地区，易突然断裂。
硫不溶于铁，不论含量多少均生成硫化铁，在985℃时，呈晶态结晶析出。
这种晶体性脆易溶，使金属在800~1200℃时发脆，在钢轨轧制或热加工过程中容易出现大量废品。
所以磷、硫的含量必须严格加以控制。
表中除U71、U74为碳素钢外，其他均为提高锰、硅含量或增加铜含量的中锰、高硅或含铜合金钢。
钢轨钢的物理力学性能包括强度极限σb、屈服极限σs、疲劳极限σr、伸长率δ5、断面收缩率ψ、冲击韧性(落锤试验)αh及硬度等。
这些指标对钢轨的承载能力、磨损、压溃、断裂和其他伤损有很大的影响。
钢轨接头处轮轨冲击力很大，为加强接头处钢轨的抗磨能力，在钢轨两端30~70mm范围内进行轨顶淬火，淬火深度达8-12 mm。
为提高钢轨耐磨和抗压性能，还应对钢轨进行全长淬火处理。
它是采用电感应加热的方法，以局部改变轨头钢的组织，从而提高钢轨的强度和韧性。
综前所述，为适应高速、重载的需要，钢轨要重型化，但钢轨重型化后，若不采用强化技术，又会带来其它的问题。
钢轨焊接理论培训讲义
钢轨焊接理论培训讲义(移动闪光焊部分)铁科院金化所北京市海淀区大柳树路2号要紧内容梗概第一章:基础知识1.1:金属的力学性能1.2:钢轨的基本知识第二章:钢轨焊接理论2.1:钢轨焊接方法2.2:闪光焊接的基本概念与基本理论第三章:钢轨闪光焊接设备第四章:钢轨闪光焊接工艺与技术规程第五章:钢轨闪光焊接缺陷及预防第六章:钢轨焊接接头打磨第七章:钢轨焊接标准第八章:高速铁路钢轨焊接质量操纵附录1:百米定尺钢轨吊运,存放规定(暂行)附录2:钢轨焊接接头标识规则前言钢轨焊接质量关系到铁路与车安全铁路提速与客运专线建设对钢轨焊接质量提出了更高的要求<<中长期铁路网规划>>描给了2020年往常铁路进展的宏伟蓝图,未来几年是中国铁路大规模建设的关键阶段我国钢轨焊接作业人员的素养急待提高第一章基础知识1.1 金属的力学性能金属力学性能:定义:金属材料在一定的温度条件与外力作用下.抵抗变形与断裂的能力.要紧包含:强度、塑性、硬度与韧性。
1.1.1强度定义：金属材料在外力作用下抵抗永久变形与断裂的能力。
MPA=N/MM2 常用强度指标要紧有：抗拉强度屈服强度1.1.2塑性：定义：金属材料在外力作用下产生永久变形的能力常用的塑性批标要紧有：伸长率5与断面收缩率标距长度等于试样直径的5倍通常倍时的延伸率为同一材料的不能直接比较钢轨焊接中用拉伸试验抗拉伸试验试件及断口照片1.1.3硬度定义：衡量金属材料软硬程度的一种性能通常用压入硬度法。
常用硬度指标：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。
（1）布氏硬度：以一定直径、一定载荷P压入表面，保持一定时间，测量压痕直径D，求出压痕面积F（P/F=HB）表示方法：HBS（压头为卒火钢球，适用于布氏硬度值小于450的材料）HBW(压头为硬质全金，适用于布氏硬度450-650的材料。
比如：150HBS10/1000/30:表示用100MM淬火钢球，在9.81KN（1000KGF）载荷作用下，保持30秒。
p43钢轨标准
p43钢轨标准
P43钢轨是一种常用的轨道钢材，其标准包括了以下几个方面： 1. 材质要求：P43钢轨应采用优质碳素结构钢，其化学成分符合相关标准要求。
其中，碳含量应小于0.82%，硅含量应小于0.60%，锰含量应在1.25%-1.65%之间，磷和硫含量分别应小于0.03%。
2. 尺寸要求：P43钢轨的标准长度为25米，宽度为136毫米，高度为160毫米。
其重量应达到43公斤/m以上。
3. 技术要求：P43钢轨应经过多道次的轧制和精细加工，以确保其尺寸和形状的精度。
同时，在生产过程中还需对其进行化学成分分析、机械性能测试等多项检测和质量控制。
4. 使用要求：P43钢轨应安装在适当的轨道基础上，并按照相关标准和规范进行连接、固定和校正。
同时，在使用过程中还需定期进行检查、维护和保养，确保其运行安全和稳定性。
总的来说，P43钢轨的标准严格、科学，其质量和性能也得到了广泛认可和应用。
- 1 -。
钢轨知识
50 kg/m （ P50 ）、 60 kg/m （ P60 ）和 75 kg/m （ P75 ）。 3．按力学性能分 普通轨、高强轨、耐磨轨。普通轨它是指抗拉强度
不小于 800 MPa 的钢轨；高强轨它是指抗拉强度不小于 900 MPa 的钢轨； 耐磨轨它是指抗拉强度不小于 1100 MPa 的钢轨。 （二）钢轨的截面尺寸 钢轨断面为左右对称的工字型（图 2 － 1 ），从上往下分为轨头、轨腰 和轨底三部分。不同型号的钢轨，其截面尺寸和螺孔位置各不相同（表 2 － 1 ）。
钢轨知识
（一）钢轨的分类 目前我国定型生产的钢轨分类如下： 1 ．按钢种分 碳素轨和合金轨。碳素轨主要以碳 (C) 、锰 (Mn) 两元素
来提高强度，改善韧性。如 U71Mn 、AP1 、U74 。合金轨是以碳素轨为基础， 添加适量合金元素钒 (V) 、钛 (Ti) 、铬 (Cr) 、钼 (Mo)等，来提高钢轨的强度和 韧性。如 PD1 、 PD3 、 V － Ti 轨。 2． 按钢轨的重量分 38 kg/m （ P38 ） 、 43 kg/m （ P43 ） 、 45 kg/m （ P45 ） 、
图 2－ 1
钢轨截面、侧面示意图
表 2 － 1 部分钢轨外形几何尺寸（ mm）表
轨型 项目 a b c d e f g 钢轨高度 轨头宽度 轨腰厚度 轨底宽度 轨底边缘厚度 轨头内高 轨底内高 38 134 68 13 114 9 39 24 43 140 70 14.5 114 11 42 27 钢轨类型（ kg/m ） 45 145 67 14.5 126 10 44 26 50 152 70 15.5 132 10.5 42 27 60 176 73 16.5 150 12 48.5 30.5 75 192 75 20 150 13.5 55.3 32.3
钢轨的化学成分和机械性能
（二）钢轨的机械性能**1．强度钢轨在载荷作用下，抵抗变形和破坏的能力。
常以强度极限，屈服极限等指标来表示。
强度极限（抗拉强度）是指金属材料抵抗拉伸载荷作用而不至破坏的最大应力，用бb表示；屈服极限（屈服强度）是指金属材料在载荷不增加的情况下，仍能产生明显塑性变形时的应力，用бs表示，它们的单位为MPa。
2．塑性金属材料在载荷作用下，产生显著的变形而不致破坏，并在载荷取消后，仍能保持变形后的形状。
常以伸长率和断面收缩率等指标来表示。
伸长率是试样拉断后，标定长度的伸长量与原始标定长度之比值的百分点，用δ表示；断面收缩率是试样断口面积的缩减量与原截面积之比值的百分数，用ψ表示。
3．硬度金属材料抵抗另一种更硬物体（材料）压入其表面的能力。
根据测定方法的不同，可分为布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HRC）等。
实践证明，硬度和强度之间有一定对应关系，可以根据布氏硬度值近似地换算出该材料的抗拉强度值。
如：低碳钢бb≈0.36HB，高碳钢б b ≈0.34HB。
4．韧性金属材料抵抗冲击载荷作用而不致破坏的能力。
金属材料韧性的好坏，可通过冲击试验测定，用冲击韧性值αk表示，单位kJ/m2。
5．疲劳在交变载荷的作用下，材料发生断裂的现象。
金属材料抵抗疲劳的能力，用疲劳强度来衡量。
疲劳强度就是金属材料在无数次重复的交变载荷作用表示。
碳素钢的疲劳强度与抗拉强度下，而不致破坏的最大应力，用б－1之间的近似关系：英国U78－HT ≥1176≥10600.74~0.820.15~0.50.7~1.0≤0.030≤0.030同上日本NHH≥1176≥12600.74~0.820.15~0.350.7~1.0≤0.030≤0.030≤1.5ppm同上津巴布韦AR(含金轨)≥1080≥10500.67~0.820.30~0.90.90~1.3≤0.03≤0.03≤1.5ppmCr=0.8%~1.3%法国U78CHHR ≥1175≥11600.74~0.820.15~0.350.7~1.0≤0.030.025≤1.5ppm全长淬火轨（合同规定）中国PD3≥980≥8600.72~0.820.65~0.90.75~1.05<0.04<0.04(V)0.05%~0.12%（企业标准）高碳微钒前苏联M76≥900≥6.3650.71~0.820.18~0.40.75~1.05≤0.035≤0.045ΓOCT24182－80中国PD3－SQ ≥1275≥11600.72~0.820.65~0.90.75~1.05<0.04<0.04(V)0.05%~0.12%企业标准。
《轨道构造与施工》备课课件：第一章：轨道结构
钢轨的化学成分
铁Fe、碳C、锰Mn、硅Si、钒V、磷P、硫S
碳C——含碳量提高，抗拉强度、耐磨性及硬度迅速增加； 过高，伸长率、断面收缩率和冲击韧性显著下降， 还会使钢轨内部产生白点形成极微小裂纹，诱发钢轨 断裂，危及行车安全。一般不超过0.82%。
锰Mn——强度和韧性，去除有害的氧化铁和硫夹杂物； 一般为0.6~1.0%。1.1~1.5%为中锰钢，耐磨性较好。
连接零件分为接头连接零件和中间连接零件。 接头连接零件用于钢轨与钢轨的可靠连接，尽可能地保持钢轨 的连续性与整体性； 中间连接零件，又称扣件，用于连接钢轨和轨枕，其作用是固 定钢轨位置，阻止钢轨相对于轨枕的纵、横向移动，确保轨距 正常，并防止钢轨翻转。
道床是轨枕的基础，有砟道床由碎石和筛选卵石等道砟材料组 成，在其上以规定的间隔布置一定数量的轨枕，用以增加轨道 的弹性和防止轨枕纵、横向位移，并把承受的压力分布传递给 线下的路基或桥隧建筑物，同时起到排水的作用。 无砟轨道道床通常由现浇的道床板或预制的轨道板及混凝土底 座（支撑层）构成。
最新版
《轨道构造与施工》
备课课件 第一章：轨 道 结 构
1 轨道构造，直线与曲线轨道
《轨道构造与施工》课程 2 轨枕及轨道板预制
是城市轨道交通工程技术专业 3 城市轨道交通无砟轨道施工 必须学习的一门专业核心课程， 4 钢轨及钢轨接头施工，扣 是学生从业能力形成的关键课 件施工
程。在整个课程体系中，是一 门专业技术课程。
目前已逐渐被混凝土枕所代替。
失效原因：腐朽、机械磨损及裂隙。
防➢➢扩 开腐大裂剂垫处：板打油面入类积C和钉或水或在溶S铁性钉垫防，板腐还下剂有加“胶组垫钉，板降”低，木钉枕在表开面裂单处位，面预积的防 油压开力裂类。防腐剂适合工厂对木枕防腐。多采用防腐油与煤焦油混合 的➢➢道 还油钉可剂应将（预木混先枕合钻端油好部）用，，铁钻可丝孔防或需止其经木他防枕金腐开属处裂部理，件也捆可扎以，起以到防防端水部作开用裂。。 ➢最好采用分开式扣件
钢轨的主要成分
钢轨的主要成分
钢轨是铁路上的重要组成部分，主要用于承载列车的重量和引导列车行驶方向。
钢轨的主要成分是碳素钢，由碳、铁、锰、硅等多种元素组成。
其中，碳素钢的含量通常在0.6%到1.5%之间，这种合金可以提供较高的强度和硬度，同时也具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
此外，钢轨中还会加入一些其他元素，如硼、铬、钼等，以增强其性能。
钢轨的制造过程十分复杂，需要进行多道工序，包括熔炼、铸造、热轧、冷却、切割、捻拧等。
其中，热轧是关键的一步，通过高温和高压的加工，使钢轨的晶粒细化，提高其强度和韧性。
在使用过程中，钢轨还需要不断进行检修和维护，以确保其安全和持久的使用。
例如，铁路部门需要定期对钢轨进行检测，发现问题及时更换和维修。
同时，还需要注意钢轨的防护，防止其受到氧化和腐蚀的影响。
总之，钢轨是铁路运输系统中不可或缺的一部分，其主要成分为碳素钢，具有较高的强度和硬度，制造过程十分复杂，使用过程中需要进行定期检修和维护。
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常用钢轨的化学成分及性能
第一章常用钢轨的化学成分及性能第一节钢材的性能常用的金属材料通常分成两类，一类是有色金属，另一类是黑色金属。
黑色金属中应用最广的是钢铁产品。
钢铁材料是由铁（Fe）和碳（C）两种主要元素组成的合金，含碳量小于0.02％的铁碳合金称为工业纯铁。
一、物理和化学性能（一）热膨胀性钢材受热时体积膨大的特性称为热膨胀性，通常用线膨胀系数作为衡量热膨胀性的指标。
钢材类别不同，线膨胀系数也不同。
随着温度升高，线胀系数值增大。
（二）导热性钢材传导热量的性能称为导热性。
钢材中的合金元素影响导热性，不锈钢的导热性比低碳钢和低合金钢要差。
（三）导磁性钢材能导磁的性能称为导磁性。
钢材中除单相奥氏体钢为无磁钢外，其余均为导磁钢。
钢轨焊后中频加热正火处理正是利用了钢轨钢的导磁性能产生涡流加热钢轨。
温度高于770℃（居里点）时，导磁性能大大降低。
（四）导电性钢材能够传递电荷的性能称为导电性。
通常用电阻系数作为衡量导电性的指标。
钢材的电阻系数越大，其导电性越差，电流通过时所产生的热量也越多。
钢材的电阻焊接或闪光焊接就是利用了工件端面高电阻产生的热量进行焊接的。
（五）抗氧化性钢材在一定的温度和介质条件下抵抗氧化性的能力称为抗氧化性。
抗氧化性差的钢材在高温条件下，很容易被周围介质中的氧所氧化，形成氧化皮，逐渐剥落而损坏。
耐热钢具有良好的抗氧化性，不锈钢的抗氧化性最好。
二、机械性能钢材在一定温度条件和外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为机械性能，或称为力学性能。
常规机械性能主要包括强度、塑性、硬度和韧性等；高温机械性能还包括抗蠕变性能、特久强度和瞬时强度以及热疲劳性能等；低温机械性能还包括脆性转变温度等。
（一）强度和塑性强度有静强度和疲劳强度之分。
静强度是钢材在缓慢加载的静力作用下，抵抗变形和断裂的能力。
疲劳强度是钢材在交变载荷作用下，经过无数次循环交变载荷而不产生裂纹或断裂的能力。
钢轨焊接接头的静弯实验(TB/T 1632.1-2005)，是检查接头的静强度；而接头的疲劳强度试验(TB/T 1632.1-2005)是检查疲劳强度的指标。
各种钢轨参数
名称＝重轨标准=GB/ 183-1963,GB/T 182-1963,GB/T 181-1963 -----------------------------------------------------------序号=2钢轨型号\kg/m=43A\mm=140B\mm=114C\mm=70D\mm=14.5截面面积\F\cm^2=57重心距离\至轨底Z1\cm=6.85重心距离\至轨顶Z2\cm=7.15惯性矩\Jx\cm^4=1480惯性矩\Jy\cm^4=260截面系数\W1=Jx\Z1\cm^3=217.3截面系数\W2=Jx\Z2\cm^3=208.3截面系数\W3=Jy\(B/2)/cm^3=45斜度\K=0.04375理论重量\kg/m=44.653通常长度\m=12.5，25标准号=GB182-63h1\mm=27h2\mm=42h3\mm=77.5a\mm=30.4b\mm=46g\mm=78f1\mm=11f2\mm=14f3\mm=r1\mm=13r2\mm=2r3\mm=4S1\mm=56S2\mm=110S3\mm=160φ=29R\mm=300R1\mm=5，10R2\mm=15名称＝起重机钢轨标准=YB/T 5055-1993----------------------------------------------------------- 序号=2型号=QU80理论重量\kg/m=63.69b\mm=80b1\mm=87b2\mm=130s\mm=32h\mm=130h1\mm=35h2\mm=26R\mm=400R1\mm=26R2\mm=44r\mm=8r1\mm=6r2\mm=2截面面积\cm^2=81.13重心距离y1\cm=6.43重心距离y2\cm=6.57惯性矩Ix\cm^4=1547.4惯性矩Iy\cm^4=482.3截面系数\W1=Ix/y1\cm^3=240.65截面系数\W2=Ix/y2\cm^3=235.52截面系数\W3=Iy/(b2/2)\cm^3=74.21参考资料：《机械设计手册》第一节钢轨一、钢轨的功用及要求钢轨是铁路轨道的主要组成部件。
钢轨的材质和机械性能
1、钢轨化学成分
钢轨的材质和力学性能取决于化学成分、金属组织及热处理工艺。
钢轨中均含有：铁、碳、锰、硅、磷、硫等 合金钢轨中还含有：铬、镍、钼、铌、钒、钛、铜等
C↑，强度及耐磨性↑，韧性↓，≤0.82%
Mn↑，强度和韧性↑，对焊接有不利影响，一般0Байду номын сангаас6%~1.0% Si↑，致密度和耐磨性↑，一般0.15%~0.3%
P↑，冷脆易断，有害元素，≤0.1%
S↑，晶析废品，有害元素
三、钢轨材质及其力学性能
2、钢轨力学性能
钢轨的物理力学性能包括强度极限、屈服极限、疲劳极 限、伸长率、断面收缩率、冲击韧性及硬度等。这些指标对钢 轨承载能力、磨损、压溃、断裂和其他伤损有很大影响。
抗拉强度
227 803%C 87%Si 115%Mr 133%Cr 891%P 614%V 19
t
屈服强度
101 469%C 36%Si 85%Mn 116%Cr 0%P 634%V 21
s
伸长率
l 30.8 22.6%C 1.7%Si 0%Mn 2.3%Cr 0%P 4%V 0.9
u50mn钢轨化学成分
u50mn钢轨化学成分u50mn钢轨是铁路上常用的一种钢轨，其化学成分对其性能和用途具有重要影响。
本文将从u50mn钢轨的化学成分入手，探讨其对钢轨性能的影响。
我们来看看u50mn钢轨的化学成分。
根据国家标准GB/T 699-1999，u50mn钢轨的化学成分应符合以下要求：碳(C)含量为0.47%-0.54%，硅(Si)含量为0.17%-0.37%，锰(Mn)含量为 1.20%-1.50%，磷(P)含量不超过0.035%，硫(S)含量不超过0.035%。
此外，u50mn钢轨还应满足一定的力学性能指标，如抗拉强度、屈服强度、冲击韧性等。
化学成分对钢轨性能的影响是多方面的。
首先，碳(C)是钢材的重要元素之一，对钢的硬度、强度和耐磨性有重要影响。
u50mn钢轨的碳含量较高，可以提高钢轨的硬度和强度，使其更加耐磨，适合在重载、高速列车运行的路段使用。
硅(Si)的含量也对钢轨性能有一定影响。
硅是一种强氧化剂，其含量过高会导致钢材的氧化程度增加，从而降低了钢的塑性和韧性。
因此，u50mn钢轨的硅含量应控制在一定范围内，以保证其在使用过程中的韧性和塑性。
锰(Mn)是钢材中的重要合金元素，对钢的强度、硬度和耐磨性都有重要影响。
u50mn钢轨的锰含量较高，可以提高钢轨的强度和硬度，使其更加耐磨，适合在高强度、高速列车运行的路段使用。
磷(P)和硫(S)都是钢材中的有害元素，对钢的性能有负面影响。
磷会使钢的冷脆性增加，而硫则会降低钢的韧性和冲击韧性。
因此，u50mn钢轨的磷和硫含量都应控制在一定范围内，以保证钢轨的韧性和冲击韧性。
u50mn钢轨的化学成分对其性能和用途具有重要影响。
钢轨的硬度、强度、耐磨性、韧性和冲击韧性等性能指标都与化学成分密切相关。
因此，在生产和使用钢轨时，应根据具体的用途和要求，控制好钢轨的化学成分，以确保其性能和质量。
火车道轨化学成分
火车道轨化学成分
铁路轨道的钢材有锰钢、含铜普碳钢、高硅含铜钢，此外还有铜轨、锰轨、硅轨等等。
铁路轨道通常指铁路轨道，主要用于铁路上，与道岔配合，使列车能够行走而不转弯。
铁路轨道通常由两根平行的铁轨组成，铁轨固定在枕木上，枕木下有道碴。
这条铁路的铁轨是由高锰钢制成的。
如果在钢中加入2-3%的锰，那么制成的低锰钢就像玻璃一样脆，一敲就会碎。
但如果加入锰>13%来制造高锰钢，就会变得坚硬坚韧。
所以人们用锰钢制造耐磨的机器零件、铁轨、桥梁等。
另一种金属被添加到铁轨的上部，与车轮接触的那一层:铟。
铟的加入使得钢轨上部在保证硬度的同时具有一定的韧性，这对火车的车轮非常重要。
当它与“轮胎”接触碰撞时，会有一定的弹性，从而保证列车的安全运行。
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第一章常用钢轨的化学成分及性能第一节钢材的性能常用的金属材料通常分成两类，一类是有色金属，另一类是黑色金属。
黑色金属中应用最广的是钢铁产品。
钢铁材料是由铁（Fe）和碳（C）两种主要元素组成的合金，含碳量小于0.02％的铁碳合金称为工业纯铁。
一、物理和化学性能（一）热膨胀性钢材受热时体积膨大的特性称为热膨胀性，通常用线膨胀系数作为衡量热膨胀性的指标。
钢材类别不同，线膨胀系数也不同。
随着温度升高，线胀系数值增大。
（二）导热性钢材传导热量的性能称为导热性。
钢材中的合金元素影响导热性，不锈钢的导热性比低碳钢和低合金钢要差。
（三）导磁性钢材能导磁的性能称为导磁性。
钢材中除单相奥氏体钢为无磁钢外，其余均为导磁钢。
钢轨焊后中频加热正火处理正是利用了钢轨钢的导磁性能产生涡流加热钢轨。
温度高于770℃（居里点）时，导磁性能大大降低。
（四）导电性钢材能够传递电荷的性能称为导电性。
通常用电阻系数作为衡量导电性的指标。
钢材的电阻系数越大，其导电性越差，电流通过时所产生的热量也越多。
钢材的电阻焊接或闪光焊接就是利用了工件端面高电阻产生的热量进行焊接的。
（五）抗氧化性钢材在一定的温度和介质条件下抵抗氧化性的能力称为抗氧化性。
抗氧化性差的钢材在高温条件下，很容易被周围介质中的氧所氧化，形成氧化皮，逐渐剥落而损坏。
耐热钢具有良好的抗氧化性，不锈钢的抗氧化性最好。
二、机械性能钢材在一定温度条件和外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为机械性能，或称为力学性能。
常规机械性能主要包括强度、塑性、硬度和韧性等；高温机械性能还包括抗蠕变性能、特久强度和瞬时强度以及热疲劳性能等；低温机械性能还包括脆性转变温度等。
（一）强度和塑性强度有静强度和疲劳强度之分。
静强度是钢材在缓慢加载的静力作用下，抵抗变形和断裂的能力。
疲劳强度是钢材在交变载荷作用下，经过无数次循环交变载荷而不产生裂纹或断裂的能力。
钢轨焊接接头的静弯实验(TB/T 1632.1-2005)，是检查接头的静强度；而接头的疲劳强度试验(TB/T 1632.1-2005)是检查疲劳强度的指标。
常用的强度指标有屈服极限（即屈服点或屈服强度）、强度极限（即抗拉强度）和疲劳极限等。
塑性是指钢材在外力作用下产生塑性变性能力。
常用的塑性指标有延伸率和断面收缩率，以及冷弯角等。
钢材的强度和塑性指标，可通过拉伸试验(GB/T 228-2002 equ ISO 6892:1998)及弯曲试验(GB/T 228-1999 equ ISO 7438:1985)而获得。
1. 低碳钢拉伸试验图1－2为低碳钢试件的拉伸图 图1－1是拉伸变形过程示意图，图1－2为低碳钢试件的拉伸图。
由图1－2可见，在拉伸试验过程中，低碳钢试件工作段的伸长量∆l 与试件所受拉力F 之间的关系，大致可分为以下四个阶段。
第Ⅰ阶段 试件受力以后，长度增加，产生变形，这时如将外力卸去，试件工作段的变形可以消失，恢复原状，变形为弹性变形，因此，称第Ⅰ阶段为弹性变形阶段。
低碳钢试件在弹性变形阶段的大部分范围内，外力与变形之间成正比，拉伸图呈一直线。
第Ⅱ阶段 弹性变形阶段以后，试件的伸长显著增加，但外力却滞留在很小的范围内上下波动。
这时低碳钢似乎是失去了对变形的抵抗能力，外力不需增加，变形却继续增大，这种现象称为屈服或流动。
因此，第Ⅱ阶段称为屈服阶段或流动阶段。
屈服阶段中拉力波动的最低值称为屈服载荷，用Fs 表示。
在屈服阶段中，试件的表面上呈现出与轴线大致成45︒的条纹线，这种条纹线是因材料沿最大切应力面滑移而形成的，通常称为滑移线。
第Ⅲ阶段 过了屈服阶段以后，继续增加变形，需要加大外力，试件对变形的抵抗能力又获得增强。
因此，第Ⅲ阶段称为强化阶段。
强化阶段中，力与变形之间不再成正比，呈现着非线性的关系。
超过弹性阶段以后，若将载荷卸去（简称卸载），则在卸载过程中，力与变形按线性规律减少，且其间的比例关系与弹性阶段基本相同。
载荷全部卸除以后，试件所产生的变形一部分消失，而另一部分则残留下来，试件不能完全恢复原状。
在屈服阶段，试件已经有了明显的塑性变形。
因此，过了弹性阶段以后，拉伸图曲线上任一点处对应的变形，都包含着弹性变形∆le 及塑性变形∆lp 两部分（见图1－2）。
第Ⅳ阶段 当拉力继续增大达某一确定数值时，可以看到，试件某处突然开始逐渐局部变细，形同细颈，称颈缩现象。
颈缩出现以后，变形主要集中在细颈附近的局部区域。
因此，第Ⅳ阶段称为局部变形阶段。
局部变形阶段后期，颈缩处的横截面面积急剧减少，试件所能承受的拉力迅速降低，最后在颈缩处被拉断。
若用d1及l1分别表示断裂后颈缩处的最小直径及断裂后试件工作段的长度，则d 1及l 1与试件初始直径d 0及工作段初始长度l 0相比，均有很大差别。
颈缩出现前，试件所能承受的拉力最大值，称为最大载荷，用F b 表示。
2．低碳钢拉伸时的力学性能低碳钢的拉伸图反映了试件的变形及破坏的情况，但还不能代表材料的力学性能。
因为试件尺寸的不同，会使拉伸图在量的方面有所差异，为了定量地表示出材料的力学性能，将拉伸图纵、横坐标分别除以A 0及l 0，所得图形称为应力 - 应变图（σ-ε图），σ= P/ F 0，ε= l/ l 0；图1－3为低碳钢的应力–应变图。
由图1－3可见，应力 – 应变图的曲线上有几个特殊点（如图中a 、b 、c 、e 等），当应力达到这些特殊点所对应的应力值时，图中的曲线就要从一种形态变到另一种形态。
这些特殊点所对应的应力称为极限应力，材料拉伸时反映强度的一些力学性能，就是用这些极限应力来表示的。
从应力–应变图上，还可以得出反映材料对弹性变形抵抗能力及反映材料塑性的力学性能。
下面对拉伸时材料力学性能的主要指标逐一进行讨论。
屈服点和屈服强度 钢材在拉伸过程中，当载荷不再增加（甚至有所降低）时，继续发生塑性变形的现象称为屈服现象。
开始出现屈服现象的应力，称为屈服点，以σs 表示。
图1－2外加拉力与伸长量的关系曲线中S 段出现了屈服现象。
屈服阶段中曲线呈锯齿形，应力上下波动，锯齿形最高点所对应的应力称为上屈服点，最低点称为下屈服点。
上屈服点不太稳定，常随试验状态（如加载速率）而改变。
下屈服点比较稳定（如图1-3中的c 点），通常把下屈服点所对应的应力作为材料的屈服点（参看GB/T 228-2002《金属拉力试验法》）。
应力达屈服点时，材料将产生显著的塑性变形。
拉伸实验时，如果钢材的屈服现象不明显或无屈服现象，则以变形量达到试件基准长度0.2％时的应力，定义为该钢材的屈服强度，以σ0.2表示，计算公式如下：σs （或σ0.2）＝0.20()Ps P F 或 （1-1） 式中P S (或P 0.2)－试件开始屈服（或产生0.2％基准长度变形量）的载荷（N ）； F 0－试件的原始横截面积（mm 2）。
比例极限及弹性模量E 应力–应变曲线上oa 段，按一般工程精度要求，可视为直线，在a 点以下，应力与应变成正比。
对应于a 点的应力，称为比例极限，用E 表示比例常数，则有σ＝ E ε （1-2）这就是虎克定律，其中比例常数E 表示产生单位应变时所需的应力，是反映材料对弹性变形抵抗能力的一个性能指标，称为抗拉弹性模量，简称弹性模量。
不同材料，其比例极限和弹性模量E 也不同。
例如，低碳钢中的普通碳素钢A3，比例极限约200MPa ，弹性模量约200GPa 。
图1－3低碳钢的应力 – 应变图弹性极限 是卸载后不产生塑性变形的最大应力，在图4-3中用b 点所对应的应力表示。
实际上低碳钢的弹性极限σe 与比例极限十分接近。
强度极限或抗拉强度σb 图1－3中e 点的应力等于试件拉断前所能承受的最大载荷P b 除以试件初始横截面面积F 0，即b σ=0b P F （1-3）式中P b －拉断前试件所承受的最大载荷(N);F 0－试件的原始横截面积（mm 2）。
当横截面上的应力达强度极限时，受拉杆件上将开始出现颈缩并随即发生断裂。
屈服点和抗拉强度是衡量材料强度的两个重要指标。
普通碳素钢A3的屈服点约为σs = 220MPa ，抗拉强度约为 σb = 420MPa 。
工程上所用的钢材，不仅要有高的屈服极限，而且要有一定的屈强比（即屈服极限与强度极限的比值）。
屈强比越小，越不容易发生危险的脆性破坏。
但屈强比太低，钢材强度水平就不能充分发挥。
延伸率（伸长率）δ 延伸率 δ 就是试件在拉断时相对伸长的大小，即基准长度内试件的净伸长值与原始基准长度的比值。
l 0是原始试棒的基准长度；l k 是圆形试棒断裂时的基准长度标示点内试件的总长度。
当基准长度与试棒直径之比为5或10时，延伸率分别以 δ5或 δ10表示。
计算公式为：δ5（或 δ10）＝00k l l l -×100％ （1-4） 式中l 0－试件的基准长度（mm ）；l k －试件拉断时基准长度标示点内试件的总长度（mm ）。
伸长率 δ 表示试件在拉断以前，所能进行的塑性变形的程度，是衡量材料塑性的指标。
普通碳素钢A3的伸长率可达δ 5 =27% 以上，在钢材中是塑性相当好的材料。
工程上通常把静载常温下伸长率大于5% 的材料称为塑性材料，金属材料中低碳钢是典型的塑性材料。
截面收缩率ψ 用试件初始横截面面积A 0减去断裂后颈缩处的最小横截面面积A 1，并除以A 0所得商值的百分数表示，即： ψ =（A 0 - A 1）/ A 0 （1-5）普通碳素钢A3的截面收缩率约为ψ = 55% 。
3．冷作硬化现象图1-4a 表示低碳钢的拉伸图。
设载荷从零开始逐渐增大，拉伸图曲线将沿Odef 线变化直至f 点发生断裂为止。
前已述及，经过弹性阶段以后，若从某点（例如d 点）开始卸载，图1-4 低碳钢的拉伸图则力与变形间的关系将沿与弹性阶段直线大体平行的dd "线回到d "点。
若卸载后从d "点开始继续加载，曲线将首先大体沿d"d线回至d点，然后仍沿未经卸载的曲线def变化，直至f点发生断裂为止。
可见在再次加载过程中，直到d点以前，试件变形是弹性的，过d点后才开始出现塑性变形。
比较图1-4中a、b所示的两条曲线，说明在第二次加载时，材料的比例极限得到提高，而塑性变形和伸长率有所降低。
在常温下，材料经加载到产生塑性变形后卸载，由于材料经历过强化，从而使其比例极限提高、塑性性能降低的现象称为冷作硬化。
冷作硬化可以提高构件在弹性范围内所能承受的载荷，同时也降低了材料继续进行塑性变形的能力。
一些弹性元件及钢索等常利用冷作硬化现象进行预加工处理，以使其能承受较大的载荷而不产生残余变形。
冷压成形时，希望材料具有较大塑性变形的能力。
因此，常设法防止或消除冷作硬化对材料塑性的影响，例如，在工序间进行退火等。
表1-1 几种常用材料的主要力学性能（二）硬度1、硬度试验方法已颁布的硬度试验标准有：GB/T 231-2002金属布氏硬度试验方法、GB/T 230-2004金属洛氏硬度试验方法、GB/T 4341-2001 金属肖氏硬度试验方法、GB/T 4340-1999金属维氏硬度试验方法、GB/T 4342-1991金属显微维氏硬度试验方法等。