Den einschlägigen Daten zufolge kommt es weltweit bei vielen Schienenfahrzeugen während des Betriebs zu Abrissen der Radlauffläche.Das Abstreifen der Lauffläche aufgrund ungewöhnlichen Verschleißes ist in der Eisenbahnindustrie in vielen Ländern der Welt ein ernstes Problem und die Situation wird immer ernster.Ungewöhnlicher Verschleiß der Radlauffläche erhöht nicht nur die Betriebs- und Wartungskosten, sondern wirkt sich in gewissem Maße sogar direkt auf die Sicherheit des Fahrzeugs aus.

Probleme mit dem Abstreifen der Lauffläche von Eisenbahnrädern lassen sich in drei Kategorien einteilen: Abstreifen durch Kontaktermüdung, Abstreifen beim Bremsen und Abstreifen durch Fressen.Das Ablösen durch Bremsen tritt nur bei Bremsbedingungen auf der Lauffläche auf. Der Grund dafür ist, dass schlechte Bremsbedingungen zu thermischen Rissen auf der Laufflächenoberfläche führen, die durch Abrieb beim Bremsen auf der Lauffläche verursacht werden. Bremsbedingungen ohne Profil können auftreten, der Grund dafür ist, dass das Gleiten oder Rollen dazwischen erfolgt Das Rad und die Schiene führen dazu, dass die Radlauffläche durch den Martensit erzeugt wird, der durch das Abstreifen der beiden Arten von Problemen verursacht wird, die durch die Verbesserung der Fahrzeugbremsung und der Nutzung der Arbeitsbedingungen gemildert werden können.Dieses Papier untersucht und analysiert das Phänomen der Ablösung durch Kontaktermüdung der Laufflächenoberfläche aus der Sicht des Materials.

• Ursachenanalyse

Die Hauptfunktion des Radsatzes besteht darin, eine rollende Bewegung auf den Schienen auszuführen (eigentlich Kriechen und Gleiten).Durch eine sehr kleine Rad-Schiene-Kontaktfläche wird die Last des Fahrzeugs auf die Schiene übertragen, was in der Regel dazu führt, dass die lokale Belastung die Elastizitätsgrenze des Rad- oder Schienenmaterials überschreitet und die Rad-Schiene-Kontaktfläche in der Kontaktdruckbeanspruchung nach wiederholter Langzeitbeanspruchung auftritt Durch die Einwirkung kommt es zu einer Ermüdungsschädigung der Kontaktfläche im lokalen Bereich der kleinen Metallstücke, die sich ablöst. Dieses Phänomen der Ermüdungsschädigung wird als Kontaktermüdung bezeichnet.Kontaktermüdung und allgemeine Ermüdung sind die gleichen Ermüdungsrisse und Ermüdungsrissausdehnung in zwei Stufen.Als Hauptversagensmechanismus der Kontaktfläche bei zyklischer Belastung gilt eine anhaltende Kontaktermüdung.

Kontaktermüdungsschäden in Form von Lochfraß (Pitting), flachem Strippen und tiefem Strippen sind drei Kategorien.In der Kontaktfläche entstehen in einer Tiefe von 0,2 mm unterhalb der nadel- oder pockenartigen Grübchen, sogenannte Pittings;Tiefe von 0,2 mm ~ 0,4 mm Schälen für flaches Schälen, flaches Schälen, Schälblockboden ungefähr parallel zur Kontaktfläche.Die Tiefenschältiefe und die Tiefe der Oberflächenverstärkungsschicht sind vergleichbar, es wird ein größerer Bereich der Oberflächenschicht zerkleinert.

Gleichzeitig kommt es zu pockennarbigem Abblättern, flachem Abblättern und tiefem Abblättern. Viele Faktoren beeinflussen die Kontaktermüdung des Radsatzprofils, wie zum Beispiel das Rad selbst, die Verhärtung der Profiloberfläche, der vom Rad verwendete Profiltyp, das Rad -Oberflächenbeschaffenheit der Schienenkontakte und Betriebsbedingungen des Fahrzeugs.Der Autor glaubt, dass die Entscheidung im Wesentlichen auf die Ermüdungsleistung oder auf die Zusammensetzung und Mikrostruktur des Radmaterials selbst zurückzuführen ist.

• Radmaterial zum Einfluss von Kontaktermüdung

Das Radmaterial selbst hat viele Aspekte, die sich auf die Kontaktermüdungsleistung des Rades auswirken, wie z. B. die Organisationsstruktur des Radmaterials, die Materialanisotropie und Einschlüsse im Material.Die Komplexität der Organisationsstruktur des Materials führt zu einem sehr komplexen Organisationsfaktor für die Wirkung von Kontaktmüdigkeit, was dazu führt, dass die Forscher für die Organisationsstruktur der Kontaktmüdigkeit des Einflusses der Ansichten ebenfalls sehr unterschiedlich sind und dies nicht der Fall ist ein einheitliches Verständnis vieler Aspekte.

Eisen- und Stahlmaterialien haben ungelöstes Ferrit. Die mechanischen Eigenschaften von Ferrit sind bei Raumtemperatur fast die gleichen wie bei reinem Eisen.Seine Zugfestigkeit beträgt b für 180 bis 280 MPa, die Streckgrenze 0,2 für 100 bis 170 MPa und die Härte etwa 80 HBS.Es ist ersichtlich, dass die Festigkeit und Härte des Ferrits nicht hoch sind.Da Ferrit eine schwache Phase in der Organisation ist, neigt es dazu, unter der Einwirkung variabler Beanspruchung zu einer Ermüdungsquelle zu werden und zur Rissbildung zu führen. Daher wirkt sich Ferrit nachteilig auf die Kontaktermüdungslebensdauer aus, und zwar umso mehr, je höher der Ferritgehalt ist Je größer die Organisation, desto größer ist der Effekt auf die Kontaktmüdigkeit.

Kohlenstoffstahl, Kohlenstoff gelöst in - Fe in der interstitiellen festen Lösung, bekannt als Austenit, mit einer allgemeinen Austenithärte von 170 bis 220 HBS dazwischen.Die mechanischen Eigenschaften von Austenit sowie sein gelöster Kohlenstoff und seine Korngröße, also seine mechanische Stabilität, wirken sich auf die Zähigkeit der Organisation und damit auf die Kontaktermüdungslebensdauer des Materials aus.Bei der Ermüdungsverformung kommt es im Restaustenit zu einer spannungsinduzierten Phasenumwandlung des Austenits, die die Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen verhindern kann.18Cr2Ni4WA-Stahl-Restaustenit bei Kontaktermüdung Untersuchungen zeigen, dass die Restaustenitstabilität bei der höchsten Kontaktermüdungslebensdauer mäßig ist.Eine zu hohe Restaustenitstabilität führt zu einer unzureichenden Festigkeit, eine zu niedrige Restaustenitstabilität führt zu einer unzureichenden Zähigkeit.Natürlich variiert die Stabilität des Restaustenits je nach Materialqualität.

Die Menge an gelöstem Kohlenstoff im Vergaser von Stahlwerkstoffen ist mit einem Wechselstrom von etwa 6,69 % extrem hoch, was zu einer hohen Härte (950 bis 1050 HV), aber nahezu keiner Plastizität und Zähigkeit führt.Da die Hauptverstärkungsphase in Stahlwerkstoffen die Aufkohlung in Stahl und andere Phasen in flockiger, kugelförmiger, netzförmiger und plattenförmiger Form nebeneinander existieren, haben ihre Morphologie und Verteilung der Stahleigenschaften einen großen Einfluss.Wenn beispielsweise eine Netzverteilung im Material vorliegt, verringert sich die Zähigkeit des Materials und die mechanischen Eigenschaften werden deutlich schlechter.

Carburit zersetzt sich unter bestimmten Bedingungen und bildet graphitischen freien Kohlenstoff, und freier Kohlenstoff wird unter bestimmten Bedingungen in andere Karbide umgewandelt.Die Wirkung von freiem Kohlenstoff und Karbid auf die Kontaktermüdung zeigt sich hauptsächlich darin, dass sich seine physikalischen Parameter (wie Elastizitätsmodul, Ausdehnungskoeffizient usw.) von der Materialmatrix unterscheiden, was die Kontinuität zwischen den beiden Phasen zerstört.Ermüdungsverformungsprozess, Karbid kann sich wieder auflösen, aber das große Karbid hat einen verstopfenden Effekt der Versetzungsansammlung, die Spitze des oberen Bainitkarbids erzeugt leicht eine Spannungskonzentration, die das Keimen von Rissen begünstigt.Darüber hinaus ist die Auflösungstemperatur des Stabkarbids höher als die des aufkohlenden Legierungskörpers, wodurch es leicht zu ungelöstem Karbid kommt, was zu einer erheblichen Verringerung der Ermüdungslebensdauer des Wälzkontakts führt.

Austenitische eutektische Umwandlung von Ferrit und Carburit, die durch den eutektischen Körper namens Perlit gebildet wird.Perliteigenschaften liegen zwischen Ferrit und Karburit, die Zähigkeit ist besser.Seine Zugfestigkeit beträgt 750 bis 900 MPa, die Härte beträgt 180 bis 280 HBS, die Dehnung beträgt 20 bis 25 %, die Schlagarbeit AKU beträgt 24 bis 32 J.Die mechanischen Eigenschaften zwischen Ferrit und Aufkohlung, hohe Festigkeit, mäßige Härte, Plastizität und Zähigkeit sind gut.Den einschlägigen Untersuchungen zufolge besteht der Einfluss von Perlit auf die Ermüdungslebensdauer des Materials nicht allein, sondern hängt vom Härteverhältnis zwischen Perlit und Ferrit ab.Wenn das Härteverhältnis zwischen Ferrit und Perlit groß ist, ist die Kontinuität zwischen den beiden Phasen schlecht (es entsteht ein Phasenunterschied), und an der Ferrit/Perlit-Grenze bilden sich leicht Ermüdungsrisse, die sich bevorzugt entlang der Ferrit/Perlit-Grenze ausdehnen.Darüber hinaus ist das Ermüdungsverhalten von warmgewalztem Stahl mit grober retikulierter Ferrit-Perlit-Organisation schlecht.

Nichtmetallische Einschlüsse im Stahl haben einen größeren Einfluss auf die Stahleigenschaften, einschließlich Sprödigkeit mit eckigen Oxiden, und Silikateinschlüsse sind am schädlichsten für die Kontaktermüdungslebensdauer.Da diese nichtmetallischen Einschlüsse die Kontinuität der Matrix zerstören, überlagert sich das Material im umgebenden Bereich der Zugspannung und der orthogonalen Scherspannung der Schwachzone unter der Einwirkung schwerer Lastzyklen, die Kontaktspannung und die Eigenspannungen des Materials Andere, so dass die elastische Energie im Bereich der nichtmetallischen Einschlüsse in die Verformungsenergie konzentriert wird, um Risse zu erzeugen, wird dieser Riss in Richtung der maximalen Scherspannung ausgedehnt und es kommt schließlich zur Bildung von Oberflächenablösungen.Der Riss dehnt sich in Richtung der maximalen Scherspannung aus und führt schließlich zur Ablösung der Oberfläche.

Als Rohstoff für die Herstellung von Radsatzstahl ist es bei seinem Schmelzprozess unvermeidlich, eine kleine Menge freistehender Elemente (Silizium, Mangan, Schwefel, Phosphor) und einige Verunreinigungen (nichtmetallische Verunreinigungen und bestimmte Gase wie Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff).Sie haben einen größeren Einfluss auf die Qualität von Stahl, einige sind vorteilhafte Elemente, während andere das Gegenteil bewirken.Darüber hinaus spielt die chemische Wärmebehandlung von Stahl eine sehr wichtige Rolle bei der Stärkung und dem Schutz der Oberfläche des Werkstücks, wie z. B. Kugelstrahlen, Aufkohlen, Nitrieren usw. kann die Härte der Oberflächenschicht des Werkstücks und die Abriebfestigkeit wirksam verbessern und Ermüdungsgrenze usw., es ist jedoch wichtig, die Behandlungsmethoden und technischen Anforderungen hervorzuheben.

Die überwiegende Mehrheit der Wissenschaftler, die sich mit der Rollkontaktermüdung von Radmaterialien befassen, geht im Allgemeinen davon aus, dass das Material isotrop ist. Die Studie zeigt jedoch, dass das Rad auf der Schiene nicht rein rollen soll, also unabhängig von Richtung und Position , die Eisenbahnräder sind anisotrop.Die Anisotropie des Radmaterials hat Auswirkungen auf die Ausrichtung und Position der Versuchsprobe und damit auf die Messung der Festigkeit und anderer Parameter des Materials.Die so ermittelten Materialparameter sind besonders wichtig für die Anwendung bei der Ermüdungsbemessung.

• Abschluss

Kontaktermüdungsschäden sind eine der wichtigsten Versagensarten von Rad-Schiene-Kontaktflächen, die zyklischer Belastung ausgesetzt sind.Das Vorschlagen von Maßnahmen zur Vermeidung von Ermüdungsschäden erfordert ein gutes Verständnis und Wissen über die beteiligten Ausfallmechanismen.Die Forschung zum Mechanismus von Kontaktermüdungsschäden ist relativ ausgereift, aber die Räder unterscheiden sich im tatsächlichen Einsatz und im Arbeitszustand stark und es ist schwierig, sie mit einer Theorie zu erklären.

Die Faktoren, die Kontaktermüdungsschäden an Rädern beeinflussen, sind hauptsächlich auf das Material selbst und äußere Bedingungen zurückzuführen.Was das Material selbst betrifft, verstärken Sie die Förderung der Vakuumschmelztechnologie in der metallurgischen Industrie, um das Eindringen ungünstiger Verunreinigungen (wie S, P, Oxide, Nitride usw.) in den Produktionsprozess von Rohstoffen im Rad zu vermeiden. , kann aber auch gezielt darauf abzielen, einige günstige Elemente (wie Si, Mn, V usw.) hinzuzufügen, den Gehalt an Kohlenstoffkörpern im Material, das Perlit-Ferrit-Härteverhältnis usw. zu reduzieren, um eine wirksame Kontrolle durchzuführen.Unter der Voraussetzung, dass diese Faktoren berücksichtigt werden, ist der Einsatz von Kugelstrahlen, Aufkohlen und Nitrieren der Radoberfläche möglich.und die Verwendung einer geeigneten Härte und Zähigkeit des Materials kann die Rollkontakt-Ermüdungslebensdauer des Rades effektiv verbessern.