激光淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响

激光淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响

王文健;刘吉华;郭俊;刘启跃

【摘要】利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究了激光表面淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响,分析了激光淬火对重载轮轨表面损伤的作用机理.结果表明：激光淬火处理后轮轨试样存在一定厚度的淬火处理层,其组织主要为均匀致密的马氏体层;激光淬火可明显提高车轮和钢轨试样的表面硬度,其硬度分别增加35.7%、33.5%;激光淬火基本不改变轮轨试样的滚动摩擦系数;激光淬火可增强轮轨试样的耐磨性,相比淬火前车轮和钢轨试样磨损量分别降低62.9%和66.0%;未处理轮轨试样表面损伤主要表现为明显的剥落损伤,激光淬火后轮轨表面损伤相对轻微,主要表现为小麻点式剥落损伤,重载工况下激光淬火处理使轮轨试样具有较好的抗表面损伤能力.%The effect of laser quenching on wear and damage behaviors of heavy-haul wheel/rail steels was investigated in detail using a MMS-2A testing apparatus.Furthermore,the damage mechanism of heavy-haul wheel/rail specimens was analyzed under laser quenching condition.The results indicate that the wheel/rail specimens form a quenched layer,which is compact martensite ser quenching can increase the surface hardness of wheel and rail specimens and the increase rate is about 35.7% and 33.5%,respectively.The laser quenching has no obvious effect on rolling friction coefficient of wheel/rail ser quenching increase wear resistance of wheel/rail steels.Therefore,the wear volume of heavy-haul wheel/rail specimens would have an obvious fall and the decrease rate of wheel/rail specimens is about 62.9% and

66.0%,respectively.Obvious spalling damage of wheel/rail specimens is

serious when the specimens are not treated.The surface damage of laser quenched wheel/rail specimens is relatively slight.The small pitting spalling damage is dominant after laser quenching of wheel/rail ser quenched wheel/rail specimens have good surface damage resistance under the heavy-haul condition.

【期刊名称】《材料科学与工艺》

【年(卷),期】2012(020)006

【总页数】5页(P69-72,80)

【关键词】重载铁路;轮轨;磨损;硬度;激光淬火

【作者】王文健;刘吉华;郭俊;刘启跃

【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,成都610031

【正文语种】中文

【中图分类】TH117.3

轮轨损伤一直是铁路运输中关键的技术问题，它与铁路运输中提高轴重及速度等一系列重大问题密切相关.例如，朔黄铁路75 kg/m钢轨已发现小半径曲线下股钢轨踏面出现鱼鳞状细小裂纹，个别地段出现鱼鳞状剥落掉块现象［1］;大秦重载铁路线钢轨出现了以侧磨、压溃和断裂破坏形式的钢轨材料服役失效，重伤轨数每年以20%的速度递增.重载与高速铁路在使用条件和运输环境等诸多方面存在很大的变化，因此重载与高速铁路在钢轨损伤、日常维护及使用技术方面会产生较大的差异.

我国于20世纪90年代开始发展重载铁路，随后重载线路钢轨出现了多种损伤形式，如钢轨侧磨、波浪形磨损、钢轨压溃、剥落掉块、轨面剥落等［2-5］，它们占重载钢轨损伤量的80%以上.钢轨侧磨作为重载曲线段钢轨损伤的主要类型，尤其在重载小半径曲线上更为严重(图1)，已成为重载曲线钢轨更换的决定性因素［4］.主要原因是轮缘与轨侧之间存在着较大相对滑动，导致钢轨侧面产生严重磨损或轮缘磨耗.巴西是重载铁路系统较发达的国家，MRS养路有限公司采用了预防性循环打磨技术［6］.美国开发了一种新型HE型钢轨(Hyper Eutectold)，具有耐磨、抗表面裂纹及轨内裂纹生成的特殊性能［7］.加拿大国家铁路采用轨顶润滑管理5年，曲线区段钢轨磨耗下降43%～58%，轮轨横向力降低40%～45%，钢轨使用能力提高90%［8］.张银花［9］对铺设新钢种PG4和U77MnCr线路的钢轨损伤进行了研究，结果表明:新钢轨的综合使用性能良好，适合在重载铁路上使用.随着我国重载铁路运输的迅猛发展，如何确保重载铁路运输的安全和降低运营成本，减缓重载轮轨损伤，避免严重损伤，延长使用寿命成为一个亟待解决的技术难题.

激光淬火对提高材料表面硬度，增加耐磨性具有重要的作用［10-11］，但目前尚未在轮轨材料研究上得到应用.论文利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究了激光淬火对轮轨材料滚动摩擦与磨损性能的影响，分析了激光淬火对轮轨损伤情况的影响.研究结果可对重载轮轨材料损伤的减缓与预防提供有益的技术指导和参考意义.

试验在MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机上进行，试验采用赫兹模拟准则进行［12］，即保证实验室条件下模拟轮轨试件间的平均接触应力和接触椭圆的长短轴之比与现场中的相同.两试样为对滚接触，上试样为钢轨试样，直径为38 mm，下试样为车轮试样，直径为40 mm，根据赫兹模拟准则计算出车轮试样的圆弧半径R为14 mm.试验上下试样结构尺寸如图2所示.