Selon les données pertinentes, de nombreux matériels ferroviaires roulants dans le monde sont confrontés au décapage de la bande de roulement des roues pendant leur exploitation.Le décapage de cette bande de roulement, l'usure anormale, dans l'industrie ferroviaire de nombreux pays du monde, constitue un problème sérieux et la situation devient de plus en plus grave.L'usure anormale de la bande de roulement des roues augmente non seulement les coûts d'exploitation et de maintenance, mais, dans une certaine mesure, affectera même directement la sécurité du véhicule.

Les problèmes de décapage de la bande de roulement des roues ferroviaires peuvent être divisés en trois catégories : le décapage par fatigue de contact, le décapage par freinage et le décapage par éraflure.Le décapage du freinage ne se produit que dans des conditions de freinage de la bande de roulement, la raison en est que de mauvaises conditions de freinage entraînent des fissures thermiques sur la surface de la bande de roulement causées par le décapage par abrasion lors du freinage de la bande de roulement, des conditions de freinage sans bande de roulement peuvent se produire, la raison en est que le glissement ou le roulement entre la roue et le rail mènent à la surface de roulement de la roue produite par la martensite provoquée par le décapage des deux types de problèmes qui peuvent être atténués par l'amélioration du freinage du véhicule et l'utilisation des conditions de travail ;cet article principalement du point de vue de Cet article explore et analyse le phénomène de décapage par fatigue de contact de la surface de la bande de roulement du point de vue du matériau.

• Analyse des causes

Le principal mode de fonctionnement de l'essieu monté est d'effectuer un mouvement de roulement sur les rails (en fait, ramper et glisser).La roue à travers une très petite zone de contact roue-rail de la charge du véhicule transférée au rail, fait généralement que la charge locale dépasse la limite élastique du matériau de la roue ou du rail, la surface de contact roue-rail dans la contrainte de compression de contact après une répétition à long terme action, cela provoquera la surface de contact en raison de dommages par fatigue à la zone locale des petits morceaux de décapage métallique, ce phénomène de dommage par fatigue est appelé fatigue de contact.La fatigue de contact et la fatigue générale sont les mêmes fissures de fatigue et expansion des fissures de fatigue en deux étapes.La fatigue de contact prolongée est considérée comme le principal mécanisme de rupture de la surface de contact soumise à un chargement cyclique.

Les dommages de fatigue par contact sous forme de décapage par piqûres (piqûres), de décapage peu profond et de décapage profond sont trois catégories.Dans la surface de contact à une profondeur de 0,2 mm sous les piqûres en forme d'aiguilles ou de véroles, appelées piqûres ;profondeur de pelage de 0,2 mm ~ 0,4 mm pour un pelage peu profond, fond du bloc de pelage peu profond à peu près parallèle à la surface de contact.La profondeur de pelage profond et la profondeur de la couche de renforcement de surface sont comparables, il y a une plus grande surface de couche de surface écrasée.

La bande de roulement de la roue présente en même temps un pelage grêlé, un pelage peu profond et un pelage profond. De nombreux facteurs affectent la fatigue de contact de la bande de roulement de l'essieu, comme la roue elle-même, le durcissement de la surface de la bande de roulement, le type de bande de roulement utilisé par la roue, la roue. -la finition des surfaces de contact des rails et les conditions d'exploitation des véhicules.L'auteur estime que la décision dépend essentiellement des performances en fatigue ou de la composition et de la microstructure du matériau de la roue elle-même.

• Matériau des roues et impact de la fatigue de contact

Le matériau de la roue lui-même présente de nombreux aspects qui affectent les performances en fatigue de contact de la roue, tels que la structure organisationnelle du matériau de la roue, l'anisotropie du matériau et les inclusions dans le matériau.La complexité de la structure organisationnelle du matériau conduit à un facteur organisationnel très complexe pour l'effet de la fatigue de contact, ce qui rend les chercheurs sur la structure organisationnelle de la fatigue de contact de l'influence des points de vue également très différents, et il n'y a pas une compréhension unifiée de nombreux aspects.

Les matériaux en fer et en acier ont de la ferrite non dissoute, les propriétés mécaniques de la ferrite à température ambiante sont presque les mêmes que celles du fer pur.Sa résistance à la traction est de 180 ~ 280 MPa, sa limite d'élasticité est de 0,2 pour 100 ~ 170 MPa et sa dureté est d'environ 80 HBS.on peut voir que la résistance et la dureté de la ferrite ne sont pas élevées.En tant que phase faible de l'organisation, la ferrite est susceptible de devenir une source de fatigue sous l'action de contraintes variables et de conduire à l'initiation de fissures. La ferrite a donc un effet néfaste sur la durée de vie en fatigue de contact, et plus la teneur en ferrite dans le organisation, plus l’effet sur la fatigue de contact est important.

Acier au carbone, carbone dissous dans - Fe dans la solution solide interstitielle connue sous le nom d'austénite, avec une dureté austénitique générale de 170 ~ 220HBS entre.Les propriétés mécaniques de l'austénite, son carbone dissous et la taille de ses grains, de sorte que sa stabilité mécanique affectera la ténacité de l'organisation, affectant ainsi la durée de vie en fatigue de contact du matériau.Au cours de la déformation par fatigue, une transformation de phase austénitique induite par la déformation se produit dans l'austénite résiduelle, ce qui peut inhiber la génération et l'extension des fissures de fatigue.La recherche sur l'austénite résiduelle de l'acier 18Cr2Ni4WA sur la fatigue de contact montre que la stabilité de l'austénite résiduelle est modérée lorsque la durée de vie en fatigue de contact est la plus élevée.Une stabilité résiduelle trop élevée de l'austénite conduira à une résistance insuffisante, et une stabilité résiduelle trop faible entraînera une ténacité insuffisante.Bien entendu, la stabilité de l’austénite résiduelle varie d’une qualité de matériau à l’autre.

La quantité de carbone dissous dans le carburateur des matériaux en acier est extrêmement élevée, avec un courant alternatif d'environ 6,69 %, ce qui entraîne une dureté élevée (950 à 1 050 HV) mais une plasticité et une ténacité presque nulles.En tant que phase de renforcement principale dans les matériaux en acier, la cémentation dans l'acier et d'autres phases coexistent sous forme de feuillets, sphériques, réticulés et en plaques, sa morphologie et la répartition des propriétés de l'acier ont un grand impact.Par exemple, lorsqu'il existe une distribution réticulée dans le matériau, la ténacité du matériau est réduite et les propriétés mécaniques seront nettement pires.

La carburite se décomposera dans certaines conditions, formant du carbone libre graphitique, et le carbone libre sera converti en d'autres carbures sous certaines conditions.L'effet du carbone libre et du carbure sur la fatigue de contact se manifeste principalement dans ses paramètres physiques (tels que le module d'élasticité, le coefficient de dilatation, etc.) qui sont différents de la matrice du matériau, qui détruit la continuité entre les deux phases.Processus de déformation par fatigue, le carbure peut se dissoudre, mais le gros carbure a un effet de colmatage d'accumulation de dislocation, la pointe du carbure de bainite supérieur est facile à produire une concentration de contrainte, propice à la germination de fissures.De plus, la température de dissolution du carbure de barre est plus élevée que celle du corps de carburation en alliage, facile à rester basse pour devenir du carbure non dissous, ce qui entraîne une réduction significative de la durée de vie en fatigue de contact de roulement.

Transformation eutectique austénitique de la ferrite et de la carburite formées par le corps eutectique appelé perlite.Propriétés perlite entre ferrite et carburite, la ténacité est meilleure.Sa résistance à la traction b est de 750 ~ 900MPa, sa dureté est de 180 ~ 280HBS, son allongement est de 20 ~ 25%, le travail d'impact AKU est de 24 ~ 32J.Les propriétés mécaniques entre la ferrite et le carburation, la haute résistance, la dureté modérée, la plasticité et la ténacité sont bonnes.Selon les recherches connexes, l'effet de la perlite sur la résistance à la fatigue du matériau n'existe pas seul mais dépend du rapport de dureté entre la perlite et la ferrite.Lorsque le rapport de dureté entre la ferrite et la perlite est élevé, la continuité entre les deux phases est mauvaise (formant une différence de phase) et des fissures de fatigue se forment facilement à la limite ferrite/perlite et s'étendent préférentiellement le long de la limite ferrite/perlite.De plus, les performances en fatigue de l’acier laminé à chaud avec une organisation ferrite-perlite grossièrement réticulée sont médiocres.

Les inclusions non métalliques dans l'acier ont un impact plus important sur les propriétés de l'acier, notamment la fragilité aux oxydes angulaires, et les inclusions silicatées sur la durée de vie en fatigue de contact, les plus nocives.Parce que ces inclusions non métalliques détruisent la continuité de la matrice, le matériau dans la zone environnante de contrainte de traction et de cisaillement orthogonal de la zone faible, sous l'action de cycles de charges importants, la contrainte de contact et les contraintes résiduelles du matériau se superposent à chacune d'elles. d'autre part, de sorte que l'énergie élastique se concentre dans la région des inclusions non métalliques en énergie de déformation pour produire des fissures, cette fissure sera étendue dans la direction de la contrainte de cisaillement maximale et de la formation éventuelle d'un pelage superficiel.La fissure s’étendra dans la direction de la contrainte de cisaillement maximale et finira par former un pelage superficiel.

En tant que matière première pour la production de l'acier pour essieux roulants, son processus de fusion est inévitable pour apporter une petite quantité d'éléments debout (silicium, manganèse, soufre, phosphore) et certaines impuretés (impuretés non métalliques et certains gaz, comme l'azote, hydrogène, oxygène).Ils ont un impact plus important sur la qualité de l’acier, certains sont des éléments bénéfiques, tandis que d’autres sont le contraire.De plus, le traitement thermique chimique de l'acier joue un rôle très important dans le renforcement et la protection de la surface de la pièce, comme le grenaillage, la cémentation, la nitruration, etc. peut améliorer efficacement la dureté de la couche superficielle de la pièce, la résistance à l'abrasion. et limite de fatigue, etc., mais il est important de souligner ses modalités de traitement et ses exigences techniques.

La grande majorité des chercheurs qui étudient la fatigue par contact de roulement des matériaux des roues supposent généralement que le matériau est isotrope, mais l'étude montre que, parce que la roue sur la voie n'est pas destinée à rouler purement, peu importe la direction et la position. , les roues ferroviaires sont anisotropes.L'anisotropie du matériau de la roue a un effet sur l'orientation et la position de l'éprouvette expérimentale, et donc sur la mesure de la résistance et d'autres paramètres du matériau.Les paramètres matériaux ainsi obtenus sont particulièrement importants lorsqu’ils sont appliqués au calcul en fatigue.

• Conclusion

Les dommages causés par la fatigue de contact sont l'un des modes de défaillance les plus importants des surfaces de contact roue-rail soumises à un chargement cyclique.Proposer des mesures pour éviter les dommages dus à la fatigue nécessite une bonne compréhension et connaissance des mécanismes de défaillance impliqués.La recherche sur le mécanisme des dommages causés par la fatigue de contact est relativement mature, mais les roues dans l'utilisation réelle des conditions de travail sont très différentes, il est difficile d'utiliser une théorie pour les expliquer.

Les facteurs affectant les dommages causés par la fatigue de contact des roues se concentrent principalement sur le matériau lui-même et les conditions externes.En ce qui concerne le matériau lui-même, renforcer la promotion de la technologie de fusion sous vide dans l'industrie métallurgique, afin d'éviter que le processus de production de matières premières dans la roue ne soit infiltré par des impuretés défavorables (telles que S, P, oxydes, nitrures, etc.) , mais peut également être ciblé pour ajouter des éléments favorables (tels que Si, Mn, V, etc.), réduire la teneur en corps carbonique dans le matériau, le rapport de dureté perlite - ferrite, etc., pour effectuer un contrôle efficace.En tenant compte de ces facteurs, l'utilisation du grenaillage, de la carburation et de la nitruration de la surface des roues ;et l'utilisation d'une dureté et d'une ténacité appropriées du matériau peut améliorer efficacement la durée de vie en fatigue de contact de roulement de la roue.