钢轨残余应力变化及其对钢轨损伤的影响及优质涂层的研究成果

由于道岔几何形状的特殊性，传统的打磨作业缺乏对钢轨形状的精确检测，难以将其形状修复到原设计的精准尺寸，为保证行车安全只能采取限速手段，极大影响到高铁的运输能力；打磨作业属于减材成型工艺，随着打磨次数的增加道岔的消耗越大，当磨耗达到6mm以上时即达到重伤标准，需要进行更换处理，一副道岔成本约230万元，成本较高。

轮轨磨损一直是许多学者研究的内容之一，国内外专家对此研究较多，研究领域主要为：改善轮轨材料成分，合理添加合金元素，改善轮轨生产工艺，发展高强度轮轨，改善轮轨材料耐磨损性能；通过安排合理的打磨周期，消除轮轨表面损伤；研究轮轨内部残余应力，改善轮轨残余应力分布，增强抗磨损能力；对轮轨材料表面进行热处理，改善轮轨表层组织抗磨损能力；在轮轨材料表层熔覆具有高抗磨损性能合金，提高轮轨强度；通过对轮轨表层的渗氮、渗碳等处理，提高轮轨表面强度等。李玲玲指出美国阿贡物理实验室率先将激光熔覆处理技术应用到钢轨材料，熔覆后钢轨表面变得坚固光滑，试验表明摩擦系数与磨损率显著降低，分别为40%和75%。S.M.Shariff研究了不同钢轨材料在激光表面处理后表面性能发生变化，结果表明：功能层厚度由激光功率和钢轨原始组织决定，处理后硬度明显提高，抗磨损能力增强。K.H.Lo研究了钢轨残余应力变化及其对钢轨损伤的影响，研究表明：由于轮轨接触力作用，钢轨表面形成约10mm硬化层，压应力分布于硬化层水平方向，拉应力分布于垂直方向，未服役新轨两方向均为拉应力，压应力有助于提高轮轨表面抗磨损能力。S.Niederhauser在钢轨材料基体上熔覆Co-Cr合金，获得功能层，并分析了该合金层疲劳损伤行为，结果表明：基体边缘应力幅值越大，微观疲劳裂纹越多，同时激光熔覆处理后，钢轨材料抗疲劳能力大大优于基体材料。(www.xing528.com)

杨胶溪在U71Mn钢轨表面利用激光熔覆Fe基合金获得约1mm的优质涂层，试验表明该涂层硬度及承受静载荷的能力得到大幅提高。职亚楠激光淬火处理U74钢轨表面材料，使得钢轨表面淬火硬化层硬度大大提高，试验表明淬火后的钢轨材料性能得到改善，特别是耐磨损性能明显提高。王文健研究了激光淬火处理后轮轨摩擦磨损性能，研究结果表明激光淬火处理能大幅度提高轮轨硬度，提高抗磨损能力。王智勇在钢轨材料表面进行激光相变硬化，硬化后使钢轨硬度提高为原来基体的3～4倍，大大优化了钢轨性能。苏国强采用功率300W的激光束对U74钢轨材料表面进行激光淬火处理，表面硬度达到800～900HV0.01，钢轨性能得到改善。