• ISSN 0258-2724
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ER8C和ER8材质高速动车组车轮的服役性能

李秋泽 韩俊臣 谌亮 张英春 张敏男 戴光泽

李秋泽, 韩俊臣, 谌亮, 张英春, 张敏男, 戴光泽. ER8C和ER8材质高速动车组车轮的服役性能[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(6): 1311-1318. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200242
引用本文: 李秋泽, 韩俊臣, 谌亮, 张英春, 张敏男, 戴光泽. ER8C和ER8材质高速动车组车轮的服役性能[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(6): 1311-1318. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200242
LI Qiuze, HAN Junchen, CHEN Liang, ZHANG Yingchun, ZHANG Minnan, DAI Guangze. Service Performance of ER8C and ER8 Wheels for High-Speed Electric Multiple Unit[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(6): 1311-1318. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200242
Citation: LI Qiuze, HAN Junchen, CHEN Liang, ZHANG Yingchun, ZHANG Minnan, DAI Guangze. Service Performance of ER8C and ER8 Wheels for High-Speed Electric Multiple Unit[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(6): 1311-1318. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200242

ER8C和ER8材质高速动车组车轮的服役性能

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200242
基金项目: 中国铁路总公司科技研究开发计划(2016J007-H)
详细信息
    作者简介:

    李秋泽(1972—),男,教授级高级工程师,研究方向为高速动车组转向架结构设计、动力学性能分析及动力转向架传动系统,E-mail:Liqiuze1@sina.com

    通讯作者:

    戴光泽(1963—2021),教授,博导,研究方向为轨道交通材料国产化及其服役性能评价,E-mail:g.dai@163.com

  • 中图分类号: U266

Service Performance of ER8C and ER8 Wheels for High-Speed Electric Multiple Unit

  • 摘要:

    为全面掌握高速动车组用ER8C和ER8车轮服役性能,使用OBLFQSN750型电火花直读光谱仪等设备分别实测了新旧车轮材料的化学成分、常规力学性能、疲劳特性、冲击性能及韧脆转变温度、断裂韧性、疲劳裂纹扩展门槛值和疲劳裂纹扩展速率等,并进行了金相组织观测,综合评价分析了两种材质车轮服役性能. 结果表明:1) ER8C材质车轮比ER8材质车轮中Si含量高2.74倍,Mn含量高1.29倍,Cr+Mo+Ni总含量低45%,C含量略低,其抗拉强度和屈服强度提高5%,疲劳强度提高15%. 2) 车轮显微组织为珠光体+少量铁素体,踏面下相同深度,ER8C材质车轮中铁素体更均匀细小,晶粒度大于8.5级,ER8材质车轮铁素体粗大,晶粒度为8级. 3) ER8C材质车轮韧脆转变温度为84.30 ℃,ER8材质车轮韧脆转变温度为71.97 ℃,车轮运用工况处于两种材质的脆性区. 4) ER8C材质车轮断裂韧性比ER8材质车轮高约6%,其阻止裂纹产生的能力优于ER8材质车轮;ER8材质车轮裂纹扩展门槛值比ER8C材质高17%,其阻止裂纹扩展的能力优于ER8C材质车轮;两种材质车轮的裂纹扩展速率相当. 5) 服役过程中ER8C材质车轮踏面垂直磨耗速率略大于ER8材质车轮.

     

  • 图 1  取样位置

    Figure 1.  Sampling position

    图 2  ER8和ER8C材质轮辋/轮辐室温时应力-寿命(S-N)曲线

    Figure 2.  ER8 and ER8C rim / spoke stress-life curves at room temperature

    图 3  轮辋布氏硬度测点

    Figure 3.  Brinell hardness test points for rims

    图 4  轮辋硬度测试结果

    Figure 4.  Wheel rim hardness test results

    图 5  车轮冲击功取样位置

    Figure 5.  Impact energy sampling positions of wheel

    图 6  冲击功及韧脆转变温度

    Figure 6.  Impact energy and ductile-brittle transition temperature

    图 7  新、旧车轮裂纹扩展速率

    Figure 7.  Crack growth rate of new and old wheels

    图 8  车轮踏面垂直磨耗测试

    Figure 8.  Vertical wear test of wheel tread

    图 9  车轮踏面名义滚动圆处磨耗情况

    Figure 9.  Wear of the nominal rolling circle of the wheel tread

    表  1  化学成分的质量分数

    Table  1.   Mass fraction of chemical components %

    车轮材质CSiMnPSCrCuMoNiVAlCr+Mo+Ni
    ER8C0.5330.9590.9070.0090.0010.0890.0890.0250.0680.0010.0140.182
    ER80.5470.3500.7000.00850.0010.1740.1990.0380.1200.0010.0160.332
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    表  2  两种材质金相组织对比

    Table  2.   Comparison of crack growth rate of two kinds of material axles

    材质名义滚动圆处滚动圆下15 mm滚动圆下 35 mm
    ER8C
    ER8
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    表  3  ER8和ER8C两种材质常规力学性能对比

    Table  3.   Comparison of conventional mechanical properties between ER8 and ER8C

    车轮材质抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%断面收缩率/%
    轮辋轮幅轮辋轮幅轮辋轮幅轮辋轮幅
    新轮磨耗轮新轮磨耗轮新轮磨耗轮新轮磨耗轮新轮磨耗轮新轮磨耗轮新轮磨耗轮新轮磨耗轮
    ER8 869 869 741 743 542 543 408 403 20.56 20.13 20.48 20.95 51.31 50.72 39.42 43.20
    ER8C 913 926 787 779 595 589 428 427 19.17 19.92 22.28 22.26 54.66 54.03 45.14 44.83
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    表  4  车轮断裂韧性试验值

    Table  4.   Wheel fracture toughness test value MPa•m1/2

    材质试样编号新轮磨耗轮
    ER8CC183.171.0
    C271.989.3
    C385.577.3
    C487.779.0
    平均值82.179.15
    ER8R174.073.4
    R279.774.9
    R376.082.4
    R479.768.7
    平均值77.3574.85
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    表  5  车轮疲劳裂纹扩展门槛值

    Table  5.   Fatigue crack growth threshold MPa•m1/2

    材质车轮类型试样编号门槛值 ΔKth
    平均门槛值
    ER8C新轮CN17.79497.55
    CN26.9228
    CN37.8247
    CN47.8500
    CN57.3400
    磨耗轮CW18.98158.61
    CW28.6810
    CW39.0462
    CW47.5393
    CW58.7782
    ER8新轮RN18.97008.88
    RN28.7500
    RN39.0600
    RN48.7300
    磨耗轮RW18.97009.02
    RW29.4800
    RW38.5060
    RW49.1393
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  • [1] 张峰. 车轮钢动态断裂韧性研究[J]. 理化检验-物理分册,2006,42: 177-179.

    ZHANG Feng. Research on dynamic fracture toughness of wheel steel[J]. Physical and Chemical Inspection-Physical Volume, 2006,42: 177-179.
    [2] 崔银会,张建平,苏航,等. 高速列车车轮用钢研究和应用的进展[J]. 钢铁研究,2005(3): 53-57. doi: 10.3969/j.issn.1001-1447.2005.03.015

    CUI Yinhui, ZHANG Jianping, SU Hang, et al. Research and application of steel for high-speed train wheels[J]. Steel Research, 2005(3): 53-57. doi: 10.3969/j.issn.1001-1447.2005.03.015
    [3] 苏世怀,赵海,江波,等. 中国高速车轮产品质量性能研发应用进展[J]. 钢铁,2018,53(11): 1-7.

    SU Shihuai, ZHAO Hai, JIANG Bo, et al. Development and application of high-speed wheel product quality performance in China[J]. Steel, 2018, 53(11): 1-7.
    [4] 史建平,刘忠侠,肖乾. 车轮钢的化学成分、微观组织对车轮钢力学性能的影响[J]. 中国铁道科学,2012,33(6): 44-50. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2012.06.08

    SHI Jianping, LIU Zhongxia, XIAO Qian. Effect of chemical composition and microstructure of wheel steel on mechanical properties of wheel steel.[J]. China Railway Science, 2012, 33(6): 44-50. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2012.06.08
    [5] 肖蔚荣,任学冲,陈刚,等. 显微组织对高速车轮钢不同温度下断裂韧性的影响[J]. 材料热处理学报,2016,37(4): 141-148.

    XIAO Weirong, REN Xuechong, CHEN Gang, et al. Effect of microstructure on fracture toughness of high-speed wheel steel at different temperatures[J]. Journal of Materials Heat Treatment, 2016, 37(4): 141-148.
    [6] 任学冲,李胜军,高克玮,等. 热处理工艺对CL50D车轮钢晶粒度的影响[J]. 金属热处理,2012,37(7): 7-12.

    REN Xuechong, LI Shengjun, GAO Kewei. et al. Effect of heat treatment process on grain size of CL50D wheel steel[J]. Metal Heat Treatment, 2012, 37(7): 7-12.
    [7] 龚 帅,任学冲,马英霞,等. 热处理对高速车轮钢显微组织和断裂韧性的影响[J]. 材料热处理学报,2015,36(4): 150-155.

    GONH Shuai, REN Xuechong, MA Yingxia, et al. Effect of heat-reatment on microstructure and fracture toughness of high-speed railway wheel steel[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2015, 36(4): 150-155.
    [8] 李胜军,任学冲,高克玮,等. 晶粒尺寸对车轮钢解理断裂韧性的影响[J]. 北京科技大学学报,2011,33(9): 1105-1110.

    LI Shengjun, REN Xuechong, GAO Kewei, et al. Effects of grain size on the cleavage fracture toughness of wheel steel[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2011, 33(9): 1105-1110.
    [9] 王丽英,李伟. ER7车轮钢的KQ值试验结果与分析[J]. 物理测试,2010,8(4): 33-36.

    WANG Liying, LI Wei. KQ test result and analysis of ER7 railway wheel steel[J]. Physics Examination and Testing, 2010, 8(4): 33-36.
    [10] 任学冲,马英霞,高克玮,等. 温度对高速车轮钢断裂韧性的影响[J]. 中国铁道科学,2013,34(5): 93-99. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2013.05.14

    REN Xuechong, MA Yingxia, GAO Kewei, et al. Effects of temperature on the fracture toughness of high-speed wheel steel[J]. China Railway Science, 2013, 34(5): 93-99. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2013.05.14
    [11] 张志明,李余德,牛延军,等. 金属材料断裂韧度随温度变化的研究[J]. 力学与实践,2010,32(6): 43-48.

    ZHANG Zhiming, LI Yude, NIU Yanjun, et al. Variation of fracture toughness of metallic materials with temperature[J]. Mechanics in Engineering, 2010, 32(6): 43-48.
    [12] 张关震, 任瑞铭, 丛韬, 等. 时速250 km等级动车组自主化车轮的耐磨性能试验研究[J]. 中国铁道科学, 2017, 38(1): 117-122.

    ZHANG Guanzhen, REN Ruiming, CONG Tao, et al. Experimental study on wear resistance of autonomous wheels of 250 km/h EMU[J]. China Railway Science, 2017, 38 (1): 117-122.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-28
  • 修回日期:  2020-06-24
  • 网络出版日期:  2020-07-07
  • 刊出日期:  2020-07-07

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