관련 데이터에 따르면 전 세계의 많은 철도 차량이 운행 중 휠 트레드 벗겨짐으로 인해 어려움을 겪고 있습니다.이러한 트레드의 비정상적인 마모를 제거하는 트레드 제거는 전 세계 많은 국가의 철도 산업에서 심각한 문제이며 상황은 점점 더 심각해지고 있습니다.휠 트레드의 비정상적인 마모는 운영 및 유지 관리 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 어느 정도 차량의 안전에도 직접적인 영향을 미칩니다.
철도 휠 트레드 박리 문제는 접촉 피로 박리, 제동 박리, 스커핑 박리 등 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.제동 박리는 트레드 제동 조건에서만 발생합니다. 그 이유는 제동 조건이 좋지 않으면 트레드 제동 시 마모 박리로 인해 트레드 표면에 열 균열이 발생하고, 트레드가 아닌 제동 조건이 발생할 수 있기 때문입니다. 휠과 레일은 마르텐사이트에 의해 생성된 휠 트레드 표면으로 이어지며 두 가지 유형의 문제를 제거하여 차량 제동 및 작업 조건의 개선으로 완화될 수 있습니다.본 논문은 트레드 표면의 접촉 피로 박리 현상을 재료적 관점에서 탐구하고 분석한다.
휠셋의 주요 작동 모드는 레일에서 구르는 것과 같은 움직임을 수행하는 것입니다(실제로 크리프 및 슬라이드).레일로 전달되는 차량 하중의 매우 작은 휠-레일 접촉 면적을 통한 휠은 일반적으로 국부 하중이 휠 또는 레일 재료의 탄성 한계를 초과하게 하며, 장기간 반복된 후 접촉 압축 응력의 휠-레일 접촉 표면 작용하면 작은 금속 박리 조각의 국부적인 피로 손상으로 인해 접촉 표면이 발생하게 되는데, 이러한 피로 손상 현상을 접촉 피로라고 합니다.접촉피로와 일반피로는 피로균열과 피로균열의 2단계 확장이 동일하다.장기간의 접촉 피로는 반복 하중을 받는 접촉 표면의 주요 파손 메커니즘으로 간주됩니다.
공식 박리(pitting), 얕은 박리 및 깊은 박리 형태의 접촉 피로 손상은 세 가지 범주입니다.바늘 모양 또는 수두 모양의 구멍 아래 0.2mm 깊이의 접촉 표면에 구멍이 있음;얕은 박리의 경우 깊이 0.2mm ~ 0.4mm 박리, 얕은 박리 박리 블록 바닥이 접촉면과 거의 평행하게 벗겨집니다.깊은 박리 깊이와 표면 강화층 깊이는 비슷하며, 표면층이 찌그러진 면적이 더 큽니다.
휠 트레드에는 동시에 뾰족한 벗겨짐, 얕은 벗겨짐 및 깊은 벗겨짐이 있습니다. 휠 자체, 트레드 표면 경화, 휠에 사용되는 트레드 유형, 휠과 같은 휠셋 트레드의 접촉 피로에 영향을 미치는 많은 요인이 있습니다. -레일 접촉면 마감 및 차량 작동 조건.저자는 본질적으로 피로 성능이 휠 소재 자체의 구성과 미세 구조에 따라 결정된다고 믿습니다.
휠 소재 자체에는 휠 소재의 조직 구조, 소재 이방성, 소재 내 함유물 등 휠의 접촉 피로 성능에 영향을 미치는 많은 측면이 있습니다.재료의 조직 구조의 복잡성은 접촉 피로의 효과에 대한 매우 복잡한 조직적 요인으로 이어지며, 이로 인해 접촉 피로의 조직 구조에 대한 연구자들은 견해의 영향도 매우 다르며, 여러 측면에 대한 통일된 이해.
철 및 강철 재료에는 용해되지 않은 페라이트가 있으며, 상온에서의 페라이트 기계적 특성은 순철과 거의 동일합니다.인장강도는 180~280Mpa에 대해 b, 100~170MPa에 대해 항복강도는 0.2, 경도는 약 80HBS이다.페라이트 강도와 경도가 높지 않음을 알 수 있다.조직의 약한 상인 페라이트는 가변 응력의 작용으로 피로의 원인이 되어 균열이 발생하기 쉽기 때문에 접촉 피로 수명에 해로운 영향을 미치며, 페라이트 함유량이 많을수록 조직화할수록 접촉 피로에 미치는 영향이 커집니다.
탄소강, 탄소가 용해된 - Fe는 오스테나이트로 알려진 격자간 고용체에 존재하며 일반적인 오스테나이트 경도는 170~220HBS 사이입니다.오스테나이트의 기계적 특성과 용해된 탄소 및 입자 크기, 즉 기계적 안정성은 조직의 인성에 영향을 미치므로 재료의 접촉 피로 수명에 영향을 미칩니다.피로 변형 중에 잔류 오스테나이트에서 변형 유발 오스테나이트 상변태가 발생하여 피로 균열 발생 및 확장을 억제할 수 있습니다.18Cr2Ni4WA 강철 접촉 피로에 대한 잔류 오스테나이트 연구에 따르면 접촉 피로 수명이 가장 높을 때 잔류 오스테나이트 안정성이 보통 수준인 것으로 나타났습니다.잔류 오스테나이트 안정성이 너무 높으면 강도가 부족해지고, 잔류 오스테나이트 안정성이 너무 낮으면 인성이 부족해집니다.물론, 잔류 오스테나이트의 안정성은 재료 등급에 따라 다릅니다.
강재의 기화기에는 용존탄소량이 매우 높아 ac는 약 6.69%로 경도가 높지만(950~1050HV) 가소성과 인성은 거의 0에 가깝습니다.강재의 주요 강화상으로서 강의 침탄물과 기타 상이 박편상, 구형, 망상상, 판상으로 공존하고 있어 강의 성질의 형태와 분포가 큰 영향을 미칩니다.예를 들어 재료에 망상 분포가 있으면 재료의 인성이 감소하고 기계적 특성이 크게 저하됩니다.
카뷰라이트는 특정 조건에서 분해되어 흑연 자유 탄소를 형성하고, 자유 탄소는 특정 조건에서 다른 탄화물로 변환됩니다.접촉 피로에 대한 자유 탄소 및 탄화물의 영향은 주로 물리적 매개변수(예: 탄성 계수, 팽창 계수 등)가 재료 매트릭스와 다르기 때문에 두 단계 간의 연속성을 파괴한다는 점에서 나타납니다.피로 변형 과정에서 탄화물은 다시 용해될 수 있지만 큰 탄화물은 전위 축적 막힘 효과가 있으며 상부 베이나이트 탄화물의 끝은 응력 집중을 생성하기 쉽고 균열이 발생하는 데 도움이 됩니다.또한, 바 탄화물의 용해 온도는 합금 침탄체보다 높기 때문에, 용해되지 않은 탄화물이 되기 쉬우므로 구름 접촉 피로 수명이 크게 감소됩니다.
펄라이트라고 불리는 공정체에 의해 형성된 페라이트와 카뷰라이트의 오스테나이트 공정 변태.페라이트와 카뷰라이트 사이의 펄라이트 특성, 인성이 더 좋습니다.인장강도 b는 750~900MPa, 경도는 180~280HBS, 신율은 20~25%, 충격작업 AKU는 24~32J이다.페라이트와 침탄화물 사이의 기계적 성질, 고강도, 적당한 경도, 가소성, 인성이 좋습니다.관련 연구에 따르면 펄라이트가 소재의 피로수명에 미치는 영향은 단독으로 존재하는 것이 아니라 펄라이트와 페라이트의 경도비에 따라 달라진다.페라이트와 펄라이트의 경도비가 크면 두 상의 연속성이 나쁘고(위상차를 형성함) 페라이트/펄라이트 경계에서 피로균열이 쉽게 생기고 페라이트/펄라이트 경계를 따라 우선적으로 팽창하게 된다.또한, 조대한 망상 페라이트-펄라이트 조직을 갖는 열연강판의 피로 성능은 좋지 않다.
강철의 비금속 개재물은 각진 산화물로 부서지기 쉬운 강철 특성과 가장 유해한 접촉 피로 수명에 대한 규산염 개재물을 포함하여 강철 특성에 더 큰 영향을 미칩니다.이러한 비금속 개재물은 매트릭스의 연속성을 파괴하기 때문에, 무거운 하중 사이클링의 작용 하에서 주변 영역의 인장 응력 및 직교 전단 응력의 약한 영역에 있는 재료, 접촉 응력 및 재료의 잔류 응력이 각각 중첩됩니다. 다른 하나는 비금속 개재물 영역에 집중된 탄성 에너지가 변형 에너지로 집중되어 균열이 발생하고, 이 균열은 최대 전단 응력 방향으로 확장되어 최종적으로 표면 박리가 형성되는 것입니다.균열은 최대 전단 응력 방향으로 확장되어 결국 표면 박리를 형성합니다.
휠셋 강철 생산의 원료로서 제련 과정에서 소수의 원소(실리콘, 망간, 황, 인)와 일부 불순물(비금속 불순물 및 질소와 같은 특정 가스)을 가져오는 것이 불가피합니다. 수소, 산소).이는 강철의 품질에 더 큰 영향을 미치며 일부는 유익한 요소이고 다른 일부는 그 반대입니다.또한 강의 화학적 열처리는 쇼트 피닝, 침탄, 질화 등 가공물의 표면을 강화하고 보호하는 데 매우 중요한 역할을 하며 가공물 표층의 경도, 내마모성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 및 피로 한계 등이 있지만 처리 방법과 기술적 요구 사항을 강조하는 것이 중요합니다.
바퀴 재료의 구름 접촉 피로를 연구하는 대부분의 학자들은 일반적으로 재료가 등방성이라고 가정하지만 연구에 따르면 트랙의 바퀴는 순수한 롤링을 수행하지 않기 때문에 방향과 위치에 관계가 없습니다. , 철도 바퀴는 이방성입니다.휠 재료의 이방성은 실험 표본의 방향과 위치에 영향을 미치므로 재료의 강도 및 기타 매개변수 측정에도 영향을 미칩니다.이렇게 얻은 재료 매개변수는 피로 설계에 적용할 때 특히 중요합니다.
접촉 피로 손상은 반복 하중을 받는 휠-레일 접촉 표면의 가장 중요한 파손 모드 중 하나입니다.피로 손상을 방지하기 위한 조치를 제안하려면 관련된 고장 메커니즘에 대한 충분한 이해와 지식이 필요합니다.접촉 피로 손상 메커니즘에 대한 연구는 상대적으로 성숙했지만, 실제 사용 조건에서 바퀴는 매우 다르기 때문에 이론을 사용하여 설명하기가 어렵습니다.
바퀴의 접촉 피로 손상에 영향을 미치는 요인은 주로 재료 자체와 외부 조건에 중점을 둡니다.재료 자체에 관한 한, 야금 산업에서 진공 제련 기술의 홍보를 강화하여 휠 생산 공정에서 불리한 불순물(예: S, P, 산화물, 질화물 등)이 침투하는 것을 방지합니다. , 또한 일부 유리한 원소(예: Si, Mn, V 등)를 추가하고 재료의 탄소 함량, 펄라이트-페라이트 경도 비율 등을 줄여 효과적인 제어를 수행하는 것을 목표로 할 수 있습니다.이러한 요소에 대한 주의를 전제로 휠 표면 숏 피닝, 침탄, 질화 처리를 사용합니다.재료의 적절한 경도와 인성을 사용하면 휠의 구름 접촉 피로 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
