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重軌在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。重軌的生產(chǎn)需要經(jīng)過熱軋、冷卻和矯直等工藝,重軌在軋制冷卻時,由于外表面和內(nèi)部冷卻速度的不同以及組織的轉(zhuǎn)變,產(chǎn)生了很大的熱應(yīng)力和相變應(yīng)力。重軌在熱應(yīng)力和相變應(yīng)力的作用下,產(chǎn)生不均勻的塑性變形,從而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。同時,由于重軌斷面為變截面,在冷卻時,軌腰和軌底邊緣具有*快的冷卻速度,軌頭的冷卻速度最慢,這一冷卻速度的差異,導(dǎo)致軌腰和軌底邊緣出現(xiàn)壓應(yīng)力,而軌底中間和軌頭出現(xiàn)拉應(yīng)力,導(dǎo)致重軌彎曲變形,最后,通過矯直使得整個重軌截面的殘余應(yīng)力分布變得更加復(fù)雜。
重軌中存在過大的殘余應(yīng)力,會造成重軌在使用過程中斷裂失效,從而導(dǎo)致鐵路運輸車輛的翻車事故,特別是時速超過200Km/h的高速車輛,其后果尤為嚴(yán)重。本文采用了不同于以往的殘余應(yīng)力檢測方法-全釋放法對重軌表面的殘余應(yīng)力進行測試研究。
試驗材料
目前高速客運鐵路中常用的是60kg/m的百米重軌,主要材料有U71Mn,U75V等。本文以U75V為研究對象,采用全釋放法對其外表面的殘余應(yīng)力分布規(guī)律進行測試研究,試驗中使用的重軌為冷矯后的試樣,長1m。
全釋放法的測試過程
試驗過程中的應(yīng)變測量使用JHYC靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和雙軸應(yīng)變片。全釋放法的測試過程為:首先在1m長重軌試樣中間的預(yù)設(shè)測點位置表面用布砂輪打磨平整,再用200號砂紙手工打磨,完成后用酒精清理干凈,再用JH-496膠水將應(yīng)變片粘貼在相應(yīng)的測點位置,待應(yīng)變片干透后用應(yīng)變儀測量每個測點的預(yù)應(yīng)變讀數(shù),然后按照標(biāo)準(zhǔn)TB/T2344-2003規(guī)定的釋放法進行切割并測量橫截面試樣上應(yīng)變片的讀數(shù),最后采用線切割將每個測點的應(yīng)變片連同底下的材料以尺寸10mm*10mm*10mm大小取下來測量各小塊試樣的應(yīng)變片讀數(shù)。由前后應(yīng)變片讀數(shù)之差就可以得到釋放的應(yīng)變量,并根據(jù)相應(yīng)公式計算重軌上各測點釋放的殘余應(yīng)力。
全釋放法測試的關(guān)鍵是使用線切割取下粘貼有應(yīng)變片的小試樣。根據(jù)全釋放法的原理,當(dāng)切取的試樣足夠小,使其上的宏觀殘余應(yīng)力分布梯度可以忽略不計時,則宏觀殘余應(yīng)力就會得到充分釋放,通過檢測其上應(yīng)變片釋放的應(yīng)變就可以反求釋放前的殘余應(yīng)力了。由于粘貼的應(yīng)變片有一定的大小尺寸,為了不損壞應(yīng)變片,本文中切割的小試樣尺寸只達(dá)到了10mm*10mm*10mm的大小,可以基本上認(rèn)為其上的殘余應(yīng)力已經(jīng)得到了*全的釋放。
結(jié)論
采用全釋放法檢測軌底中間縱向殘余應(yīng)力要小于常用釋放法的檢測結(jié)果,結(jié)果表明,按照 規(guī)定檢測得到的重軌殘余應(yīng)力偏于保守的結(jié)論,考慮到生產(chǎn)控制的便捷性、經(jīng)濟性和使用安全性,這種檢測方法是可以接受的。
重軌表面殘余應(yīng)力分布復(fù)雜,應(yīng)力梯度大,除了軌腰以壓應(yīng)力為主外,其他部位基本上都是殘余拉應(yīng)力,尤其是軌底中間縱向殘余應(yīng)力拉應(yīng)力*大,軌頭次之。
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