車輪材料摩擦疲勞損傷機(jī)理及微觀組織演變行為研究

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1、國內(nèi)圖書分類號(hào)：TH117.1密級(jí)：公開國際圖書分類號(hào)：621西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文車輪材料摩擦疲勞損傷機(jī)理及微觀組織演變行為研究年級(jí)二○一四級(jí)姓名何成剛申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別工學(xué)博士專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師劉啟躍教授二○一八年五月ClassifiedIndex:TH117.1U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationSTUDYONTRIBO-FATIGUEDAMAGEMECHANISMANDMICROSTRUCTUREEVOLUTIONBEHAVIORSOFWHEELMATERIALSGrade:2014

2、Candidate:HeChenggangAcademicDegreeAppliedfor:DoctorDegreeSpeciality:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.LiuQiyueMay,2018西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書，同意學(xué)校保留并本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。本人授向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱權(quán)西南交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索’可以。采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文．本學(xué)位

3、論文屬于；１，．保密□在年解密后適用本授權(quán)書，２。：．不保密ｌ／適用本授權(quán)書．１“”．請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打Ｖ）（講旨導(dǎo)教師簽么學(xué)位論文作者簽名：對(duì)系）ｔ〇＞曰期彳抓年料州曰期：｜＇趣＿，增打－ｕＪ…西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明工作所取本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究：己經(jīng)發(fā)得的成果引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其它個(gè)人或集體。除文中己經(jīng)注明表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研宄做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中做了明確的說明。。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)本學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下

4、：和摩擦熱疲勞損傷行１、闡明了不同制動(dòng)時(shí)速度和運(yùn)行速度下車輪材料表面擦傷車輪試樣間接觸溫度和接觸閃為，并采用數(shù)值方法計(jì)算不同制動(dòng)時(shí)速度和運(yùn)行三速度下、四章）溫來揭示了車輪材料摩擦熱疲勞損傷行為。（第２、通過在試樣接觸表面下預(yù)制出疲勞裂紋，使其能夠況進(jìn)在滾動(dòng)接觸過程中受到彎矩作用，并使用ＡＢＡＱＵＳ有限元軟件對(duì)預(yù)制裂紋受力情行了仿真分析來揭示了車輪材料疲勞裂紋的擴(kuò)展行為。（第五章），構(gòu)建３、通過系統(tǒng)分析車輪磨損率、磨痕微觀形貌以及剖面觸疲勞損傷機(jī)制的變化了車輪材料磨損圖和摩擦疲勞損傷機(jī)制圖，闡明了滾動(dòng)接作用過程中車輪材料近表＇層塑性變形微觀組織結(jié)構(gòu)

5、演變行為和規(guī)律。（第七、八和九章）？＇／學(xué)位論文作者簽名：曰期：２。丨詠￥＠西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第I頁摘要隨著鐵路向高速重載方向發(fā)展，在輪軌滾動(dòng)接觸過程中，車輪處于強(qiáng)摩擦力、多場耦合作用下運(yùn)行，因此車輪材料的摩擦磨損及疲勞損傷行為變得越發(fā)復(fù)雜。車輪作為一個(gè)典型的摩擦疲勞部件，系統(tǒng)研究車輪材料摩擦疲勞損傷機(jī)理與規(guī)律，建立車輪材料的磨損圖和摩擦疲勞損傷機(jī)制圖，對(duì)預(yù)防和減緩鐵路車輪疲勞損傷是十分必要的。本文使用JD-1輪軌模擬試驗(yàn)機(jī)基于不同制動(dòng)時(shí)速度、運(yùn)行速度、預(yù)制裂紋參數(shù)、曲線半徑、切向力和接觸應(yīng)力進(jìn)行輪軌滾動(dòng)模擬試驗(yàn)，利用光學(xué)顯微鏡、維氏顯微硬度儀、激光

6、共聚焦掃描顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射等分析手段研究車輪材料滾動(dòng)摩擦疲勞損傷行為。從摩擦學(xué)和材料學(xué)角度，利用電子背散射衍射、聚焦離子束、透射電子顯微鏡分析滾動(dòng)接觸過程中車輪材料塑性變形區(qū)微觀組織結(jié)構(gòu)演變行為和規(guī)律。論文主要研究工作及得到的結(jié)論如下：（一）闡明了輪軌滾動(dòng)接觸過程中試驗(yàn)參數(shù)對(duì)車輪材料摩擦疲勞損傷的影響隨著制動(dòng)時(shí)速度增大，輪軌間摩擦熱增大，由摩擦熱引起車輪材料屈服強(qiáng)度及其他機(jī)械性能下降加劇了熱疲勞裂紋損傷，在相應(yīng)熱應(yīng)力和摩擦熱作用下，熱疲勞裂紋容易萌生枝裂紋，并向車輪試樣內(nèi)部擴(kuò)展，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的摩擦熱疲勞損傷。隨著運(yùn)行速度不斷增大，車輪試樣表面的主要損傷機(jī)制由剝落、輕

7、微表面疲勞損傷轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重的疲勞損傷，疲勞裂紋從車輪試樣磨損表面萌生并在塑性變形層內(nèi)沿著較軟的鐵素體線進(jìn)行擴(kuò)展。彎矩作用下在車輪試樣預(yù)制裂紋尖端及其兩側(cè)附近萌生擴(kuò)展裂紋，且裂紋擴(kuò)展方向不完全沿著預(yù)制裂紋的初始方向，裂紋擴(kuò)展方向很容易發(fā)生改變，有枝裂紋沿著主裂紋萌生，同時(shí)車輪材料裂紋擴(kuò)展機(jī)制主要是穿晶斷裂。車輪試樣磨損表面萌生的斜裂紋是由其所受切向力和橫向力合力引起的；且表面斜裂紋的開口方向與表面摩擦力的合力方向垂直。（二）建立了車輪材料的摩擦疲勞損傷機(jī)制圖系