（参考）重载钢轨激光熔覆减磨性能研究文献综述.doc

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1、重载钢轨激光熔覆减磨性能研究文献综述一．前言随着世界经济的迅速发展，各国及各地区之间的商贸活动日益频繁，对货物的运输能力提出了新的挑战。当今，大力发展重载，是铁路运输扩能提效的有效措施，是缓解当前运输压力的重要途径。自上个世纪60年代以来，重载运输一直受到世界各国的广泛关注，特别是一些幅员辽阔、资源丰富的国家。经过近半个世纪的发展，重载运输的定义在国际上也数次被修改。2005年，在国际重载运输协会(IHHA)的巴西年会上，对重载运输的定义作了新的修订：重载列车牵引重量至少达到8000t(此前为5000t)；轴重(

2、或计划轴重)为27t及以上(此前为25t)；在至少150km线路区段上年运量超过4000万吨(此前为2000万吨)【1】【2】。我国仍沿用国际重载协会先前的规定，满足其中两条的可视为重载铁路。现在世界上开行的重载列车，习惯上分为北美型重载单元列车和前苏联铁路重载列车。北美的重载单元列车使用两台或多台大功率机车与一定数量的同型大型专用货车固定编组，组成一个长、大、重的运输单元，实行专列运输，从一个始发站的装卸线不停车地装载同一品类货物，列车按时刻表定点定线开行，中途不换挂机车，不解编车辆，采用翻车机，到达卸车地点不

3、停车卸车。前苏联铁路的特点是客货混线，其在发展重载运输上立足本国国情，依靠先进设备，充分挖掘和利用现有设备的潜力，创造性地组织开行了以超长超重列车及合并列车为主要形式的重载列车。铁路运输是借助轮轨相互作用产生的牵引和制动粘着摩擦力来实现列车的运行，而轮轨间的磨损是铁路运输中耗资巨大的一个问题。随着机车车辆轴重的增加，轮轨接触应力随之增大;轮轨踏面的纵向、横向摩擦力也随之增丈，轮轨侧压力也随之增大;钢轨的垂直磨损、侧面磨损，以及塑性流动也随之增大;轮缘和踏面的磨损将随之增大。轮轨磨耗特别是曲线区段上钢轨和轮缘的磨耗

4、日益加剧，己成为一个鱼待解决的问题。其中货物列车造成的磨耗占有相当大的比例，尤其是重载干线、运煤干线上，轮轨磨耗十分厉害，严重制约了铁路运输的发展。轮缘和钢轨磨耗加剧，增大了机车车辆和线路的检修维护工作，并导致列车动力消耗增加，速度降低和平稳性下降，严重影响了列车的运行品质。随着运量增加和大型货车的使用，钢轨的侧磨己经从小半径曲线扩大到较大半径曲线，不仅磨损范围扩大，磨损率也在增加。因此，减小轮轨间的磨耗，改善货物列车的曲线通过性能是发展重载运输过程中必须解决的问题。由于列车运行速度和承载力的大幅提高，对钢轨的硬

5、度和耐磨性能以及滚动接触疲劳性能提出了更高的要求。列车运行时，钢轨需要承受列车的压力、摩擦和冲击载荷，要求有足够的强度、硬度及韧性，材料质量要求较高。随着列车运行速度的提高，对钢轨的性能提出了更高的要求，特别是对钢轨的磨损性能及滚动接触疲劳性能。起始于钢轨表面的疲劳损伤可引起钢轨的失效。欧盟于2000年4月开展了“基础之星(InfraStar)”项目研究，目的在于提高钢轨的耐用性、使用寿命及降低运行噪声【3】。具体是通过在钢轨轨头施加表面涂层制造所谓InfraStar双材料钢轨，降低滚动接触疲劳和在中小曲线半径轨

6、道处的噪声。在InfraStar项目中，激光熔覆技术用于既有的铁路线上和新钢轨的制造过程，该技术由瑞典的Duroc钢轨公司开发，并通过了实验室和实地轨道检测。关于在钢轨表面施加涂层是一难度较高的技术，不仅要求涂层应无任何裂纹、气孔等缺陷，而且涂层与钢轨基体应具有优良的冶金结合，在承受反复的滚动压力之下不能有开裂、剥落等现象。激光熔覆是一先进的制造技术，可大幅度提高工件的使用性能，并能实现涂层与基体材料的冶金结合，与常规表面处理技术相比有很大的优越性。钢轨表面激光熔覆涂层，研究涂层的硬度和耐磨性来进一步研究其减磨性

7、能，在所具备的有限实验条件之下研究激光熔覆技术在钢轨强化方面的可行性与可靠性。对探索在钢轨上进行大面积熔覆，来提高钢轨特别是重载钢轨的耐用性和寿命的研究就变得很有实际意义。激光熔覆原理：激光熔覆是在熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料，利用高能激光束辐照，通过迅速溶化、扩展和迅速凝固、冷却（102~106K/s），在基材表面形成与基材互相融合的且有完全不同成分和性能的熔覆层（基材的溶化层极薄，对熔覆层的成分影响极小），形成一种新的基体不具备的具有特殊物理、化学和力学性能的复合层【4】。激光熔覆原理图激光熔覆材料设计

8、的一般原则：【5】1激光熔覆材料与基材热膨胀系数的匹配目前，大多数研究都是根据激光熔覆层与基材热膨胀系数的匹配原则进行熔覆材料的选择及成分设计的。传统的观点认为，为防止涂层开裂和剥落，涂层和基材的热膨胀系数应满足同一性原则，即二者应尽可能地接近。2激光熔覆材料与基材熔点的匹配力求采用相对于基体材料具有适宜熔点的涂层材料。3激光熔覆材料对基材的润湿性匹配激光熔覆材料体系分类