U78钢轨的质量检测与损伤分析

[X "% ? $ IIO 机械性能： _ %%B$ >^. [F Y (D% ] (CC。 ! ! " S " ? ! Y C"$ >I. $ _ %%X % ? ! 实际使用情况 钢轨的标准为 ’" Q4 Z O， 实际使用如下： ABC 钢轨实际用于国内某铁路局辖区的主干线，
［收稿日期］ !""! # "! # !$ ［作者简介］ 李建萍 （%&’! # ）， 男， 副教授， 从事新型材料和材料检测方法研究。
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使用条件和损坏情况
钢轨材料、 工艺和性能 主干线钢轨： 卢森堡产 材料牌号为 ABC 平均 WX Y " ? BCX 重量 ’" Q4 Z O 全长余热淬火处理 （ W[[\） 冶炼： 转炉吹氧真空处理 （ GN@;） 化学成分： （" ? BD ] " ? C!） 、 （" ? %$ ] " ? ($） 、 （" ? B" ] % ? ""） 、 （"" ? "(） 、 （"" ? !$） 、 WX =8X >-X ^X =X
铁路在我国交通运输中占主导地位， 对国民经济的发展有着十分重要的作用。铁路运输是轮轨接触式 的运输， 钢轨是轮轨接触中的直接承重部分， 钢轨的状态和使用寿命将直接影响铁路运输。 （卢森堡产）钢属于高碳低合金钢轨专用钢， 它对性能有较高的要求， 尤其是抗疲劳性能； 同时还要 ABC 求钢轨具有良好的抗压、 耐磨和抗腐蚀等性能。为了达到钢轨的性能要求， 钢轨的成型及热加工过程通常采 用连铸、 热轨和全程淬火工艺。 本研究针对实际用于国内某铁路局辖区的主干线 ABC 钢轨 （卢森堡产） ， 对在实际使用过程中出现的损 坏开裂情况， 对不同炉号、 不同钢轨、 不同服役道路位置和不同部分的钢轨分别进行取样试验， 通过电子显微 分析、 硬度检测分析和金相显微技术等一系列实验手段， 对所有取样进行了宏观和微观的全面检测和分析， 完整评价。 力求对 ABC 钢轨质量和损伤做一全面、
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钢轨的低倍分析
图 - 是钢轨 % 的低倍组织照片 （所有试验的钢轨中， 钢轨 % 损伤最为严重） 。从图中可以看出裂纹先呈
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第,期
李建萍、 晏建武、 王伟兰、 艾云龙： .*/ 钢轨的质量检测与损伤分析
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 随后进入第二阶段， 裂纹平行钢轨表面 （即垂直于主应力） 方向扩展， 这是典型的疲劳裂纹特征。 !"#发展， 钢轨 ! 的低倍组织没有明显的宏观缺陷。 从试验所做的 ! 个钢轨的低倍组织分析中看， 组 织均未出现异常情况， 符合 % & ’(")* + ,--" 的标准。
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钢轨裂纹和断口分析
图 (、 图 ) 分别是钢轨 *、 钢轨 " 表面裂纹断口的宏观照片， 照片中均显示断口呈 “贝壳” 状或 “海滩” 状特 征， 这为接触疲劳的宏观形态特征。 图 &, 是钢轨 & 横截面上的裂纹头 （源） 和裂纹尾的低倍照片。从照片中显示出典型的交变应力作 图 +、 用出现的疲劳裂纹特征， 疲劳微裂纹萌生后即进入裂纹扩展阶段， 根据裂纹扩展方向， 裂纹扩展可分两个阶 段。第一阶段是从个别侵入沟 （或挤出脊） 先形成微裂纹， 然后再沿最大切应力方向向内扩展， 在扩展过程中 多数微裂纹会成为不扩展裂纹， 第二阶段是裂纹垂直拉应力方向扩展。由于晶界的阻碍作用， 裂纹扩展方向 逐渐转向垂直拉应力方向， 直到最后形成剪切唇为止。
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南昌航空工业学院学报 （自然科学版）
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! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 编号 公里数轨号 损伤位置 出厂年月 上道时间 产地 牌号 炉号 钢轨 " $%&’ ( ) * 右 东端距 + , +-. / 0% , 1 卢森堡产 2&) !"#、 0. 年 -. 3.) 钢轨 - $%+& ( %% * 左 东端距 ". , . / 卢森堡产 2&) !-#、 0% , 1 0. 年 -) 4.& 钢轨 % $%1. ( %. * 右 东端距 "- , &+ / 0% , 1 卢森堡产 2&) 0. 年 -1 3’) !%#、 钢轨 . $%+& ( %) * 左 东端距 " , - / 卢森堡产 2&) !.#、 0% , + 0. 年 -) 3.. " , % 损伤情况 从实际使用现场取样， 分析 2&) 钢轨的宏观特征。 主要表现为多个人字型伤损 （一般为 % 5 . 个） 连成一串的开裂曲线， 损伤表面 2&) 钢轨表面伤损严重， 大小大约为 .’ 6 +’ 6 ) // （长 6 宽 6 深） ； 并有钢轨表面剥落现象存在 （大小约为 . //） ， 其中钢轨 % 损伤最 为严重， 见图 "。
!""! 年 ( 月 第 %’ 卷 第 % 期
南昌航空工业学院学报 （自然科学版） （1.7+,./ =289-29） )*+,-./ *0 1.-23.-4 5-6787+79 *0 :9,*-.+782./ ;923-*/*4<
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第一层检测位置 硬度 （0’） 第二层检测位置 硬度 （0’） 第三层检测位置 硬度 （0’）
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钢轨的硬度分析
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在理论研究和实际应用中， 硬度大小与其强度性 能有着对应的关系。硬度值可以用来表示其材料强度 大小。 从钢轨上切取其横截面， 测量其硬度大小和分布 情况， 见表 , 和图 $。 平均硬度 .*/ 钢轨的硬度范围为 0’$)1 2 0’$")， 虽然符合 % & ’(")* + ,--" 的标准 （ 0’$), 值为 0’$$3， ） ， 但低于国标 （ 。经 (’3"/" + /, 0’$!, 2 $//） 2 0’$*) 分析认为， 造成上述的硬度偏低的原因有二， 一是热处 理淬火预冷却操作时间可能过长， 二是回火工艺处理 时回火温度偏高所致， 都可能使钢轨组织发生了变化， 降低了钢轨的强度， 尤其是!疲劳强度性能。