本文結(jié)合我國對軌道交通輪軌系統(tǒng)金屬材料服役安全性要求的重大工程需求,以車輪鋼和實(shí)際服役車輪為研究對象,采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方法,開展了滾動接觸載荷下鐵路車輪超高周疲勞行為及剩余壽命評估方法的研究。在車輪鋼疲勞性能研究方面（材料層面）,開展了 ER8車輪鋼的高周和超高周疲勞實(shí)驗(yàn),車輪鋼高周疲勞裂紋大部分都萌生于試樣表面,也有部分試樣裂紋萌生于內(nèi)部夾雜物處,夾雜物尺寸較大,最大夾雜物可達(dá)200μm。針對車輪鋼超高周疲勞斷口的微觀分析,裂紋萌生于試樣內(nèi)部夾雜物,觀察到了典型的“魚眼”特征,FGA（Fine Granular Area）形貌不是特別明顯。因此車輪鋼在高周和超高周疲勞中都會發(fā)生夾雜物引起的內(nèi)部裂紋萌生,工程中需關(guān)注車輪實(shí)際服役過程中由于內(nèi)部裂紋萌生而引起的失效。針對服役車輪的疲勞研究（部件層面）,統(tǒng)計(jì)了近十年鐵路車輪輞裂和剝離,結(jié)果表明輞裂和剝離通常是由內(nèi)部（10-25 mm的深度處）和亞表面（距踏面小于10 mm的深度處）夾雜物引起的疲勞破壞,破壞里程在十萬公里,甚至百萬公里以上,對應(yīng)的疲勞壽命在107-109,屬于超高周疲勞。車輪的服役載荷以滾動接觸載荷為主,在此載荷的作用... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２高強(qiáng)鋼超高周疲勞裂紋內(nèi)部萌生至斷裂全過程示意圖［ｎ】：?Ｉｎｃ：夾雜物，ＦＧＡ：細(xì)顆粒??

??掃描電子顯微鏡（ＳＥＭ）圖像（圖１－ｌｃ）顯示的ＦＧＡ是灰度相對小的亮區(qū)，因而也被稱??為顆粒狀亮面區(qū)（ｇｒａｎｕｌａｒ?ｂｒｉｇｈｔ?ｆａｃｅｔ，?ＧＢＦ）［２２］。圖１－２示意表達(dá)高強(qiáng)鋼超高周疲勞??裂紋萌生于夾雜物直至斷裂的過程［１１］。裂紋萌生于試樣內(nèi)的夾雜物，裂紋萌生和??初始擴(kuò)展呈現(xiàn)魚眼（ＦｉＥ）特征，ＦｉＥ包含裂紋萌生區(qū)ＦＧＡ。ＦＧＡ斷面相對粗糙，ＦＧＡ??外的ＦｉＥ區(qū)斷面相對平整，ＦｉＥ區(qū)之外為裂紋快速擴(kuò)展區(qū)，裂紋面粗糙度較大。??魚眼??圖１－１?ＧＣｒｌ５鋼超高周疲勞裂紋起源于亞表面［２Ｇｌ（Ｇｍａｘ＝ｌ〇２４ＭＰａ，Ｎｆ＝３．５ｘｌ〇８）：?ａ）斷口全??貌光鏡圖像，ｂ）魚眼光鏡圖像，ｃ）?ＦＧＡ掃描電鏡圖像??Ｆｉｇ．?１－１?ＧＣｒｌ５?ｓｔｅｅｌ?ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ?ｃｙｃｌｅ?ｆａｔｉｇｕｅ?ｃｒａｃｋ?ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ?ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ［２０］?（ｏｍａｘ?＝?１０２４??ＭＰａ，?Ｎｆ?＝?３．５ｘ?１０８）：?ａ）?ｌｉｇｈｔ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｒａｃｔｕｒｅ，?ｂ）?ｆｉｓｈｅｙｅ?ｌｅｎｓ?ｉｍａｇｅ，?ｃ?）?ＦＧＡ?ＳＥＭ??ｉｍａｇｅ．??Ｉｎｃ?ＦＧＡ?ＦｉＥ?ＳＣＧ?ＦＣＧ??Ｉ?１ｓｔ?ＴＰ?｜?｜?２ｎｄ?ＴＰ?｜?｜?３ｒｄ?ＴＰ?｜??圖１－２高強(qiáng)鋼超高周疲勞裂紋內(nèi)部萌生至斷裂全過程示意圖［ｎ】：?Ｉｎｃ：夾雜物

載荷變化的趨勢，包含了疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展的機(jī)理。鈦合金和高強(qiáng)鋼超高周疲??勞的Ｓ－Ｎ曲線都發(fā)現(xiàn)了具有２個(gè)拐點(diǎn)的“階梯狀”或“雙線形”的特征。??圖１－３是利用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)測試的ＧＣｒｌ５超高周疲勞性能Ｓ－Ｎ曲線［２３】，??傳統(tǒng)的Ｓ－Ｎ曲線通常表現(xiàn)為“單線形”，對應(yīng)只有表面起源。而超高周疲勞Ｓ－Ｎ曲??線表現(xiàn)為“雙線形”，對應(yīng)表面起源和內(nèi)部起源兩種機(jī)制。表面起源與內(nèi)部起源分別??對應(yīng)各自的疲勞極限。當(dāng)表面起源疲勞極限大于內(nèi)部起源疲勞極限，材料Ｓ－Ｎ曲??線表現(xiàn)為“雙線形”，當(dāng)表面起源疲勞極限小于內(nèi)部起源疲勞極限，材料Ｓ－Ｎ曲線??表現(xiàn)為“單線形”。??１２００＊?〇?ＲＢ１８０Ｓｕｒ．??＼?？?ＲＢ１８０?Ｉｎｔ．??〇?■?？??袞?８。〇［?￣?￣一￣°￣￣??ｍ?＇?＊＊?＊??６００－??１０４?１０ｓ?１０ｅ?１０＇?１０８?１０９??疲勞壽命??圖１－３?ＧＣｒｌ５鋼旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)Ｓ－Ｎ曲線［２３】??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓ－Ｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＧＣｒ?１５?ｓｔｅｅｌ?ｒｏｔａｔｉｎｇ?ｂｅｎｄｉｎｇ?ｆａｔｉｇｕｅ?ｔｅｓｔ［２３］??合金材料的超高周疲勞Ｓ－Ｎ曲線存在著典型特征。圖１－４是合金材料超高周??疲勞典型的“雙線形”Ｓ－Ｎ曲線，Ｓ－Ｎ曲線分為四個(gè)部分［２４，２５］，第一部分（Ｒａｎｇｅｌ，??Ｎｆ＜１０５ｃｙｃ），對應(yīng)Ｓ－Ｎ曲線的第一條斜線，屬于低周疲勞范圍，裂紋萌生是由駐??留滑移帶的擠入擠出導(dǎo)致的，裂紋通常萌生于試樣表面，因此受環(huán)境因素影響較??大。第二部分（Ｒａｎｇｅｌｌ

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3346044