【笔记】第三节 组织与性能

3.1 基本成分

3.2 微观组织特征

0.6-0.8C%碳素钢的组织为珠光体和少量的铁素体。

如何把组织和性能联系起来？德国克虏伯公司的研究——珠光体片间距与渗碳体片层厚度成比例：$t=s_0(\frac{\rho }{15(C\%)}-1)$ $t渗碳体片层平均厚度,C\%碳含量,s_0真实珠光体片层间距/um，\rho 珠光体百分数$

3.3 洁净度及夹杂物

• 各类夹杂物的大小和形态；夹杂物包括：氧化铝（脱氧时引入）、硅酸盐（Si强化时引入）、硫化物和低倍夹杂和白点等；夹杂物会导致轨道各部位发生断裂。

• 有害元素的含量，如硫磷等元素；

• 氢致白点

主要影响钢的耐磨性和强度。

3.4 机械性能

3.4.1 拉伸性能

屈服强度σ和真实珠光体片层间距s成反相关。

微量合金元素及稀土元素的添加，钢轨强度级别增加，虽提高了钢轨的耐磨性，但韧性有所下降。

3.4.2 韧性

$K_{IC}$断裂韧性表征材料阻止裂纹扩展的能力，单位面积裂纹扩展需要的能量越高，则韧性越好。

加入少量稀土元素可以提高韧性，马氏体组织增大脆性。

3.4.3 硬度

由于采用炉外精炼技术，包钢的硬度波动范围小，低于国外产品。

3.5 耐磨性

钢轨发生磨耗的原因：
一：轮轨间的滑动摩擦造成的损耗,
二：轮缘对轨头的切削造成的断面削弱,
三：是轨头塑性压溃造成的断面损失。

影响因素：轨道几何参数、机车车辆的性能（轮的形状、材质，列车的轴重等）、钢轨材质、轮轨系统的刚度和阻尼参数、润滑情况（侧面添加润滑油）以及环境因素等。

通常轨道的硬度增加耐磨性提高，但随着硬度的增加，列车车轮的磨耗也随之增加。另外轨道的疲劳性能也会随之受到影响。因此，耐磨性是多因素综合决定的，单纯追求高硬度轨道并不是最好的解决方法。

3.6 抗疲劳性

GB/T4161 -1984：预制裂纹后测试裂纹的扩展速率

材料组织、夹杂物类型及形态、试样尺寸、加载速度、温度等都对疲劳裂纹扩展速率da/ dN 有影响，因此，细化组织对提高抗疲劳性能有帮助。

3.7 平顺性

平顺性：引起钢轨和轮轴的断裂，引起脱轨事故的发生。

为什么平顺性很重要？一个0.2 mm 的迎轮台阶，当车速高达300 km/h时，所引起的高频振动作用力高达722 kN，低频轮轨力可达321 kN，使道碴破碎、道床路基产生不均匀沉陷，从而形成较大的中长波不平顺，进而引起很大的噪声，严重情况时还可能引发钢轨、轮轴断裂，导致恶性脱轨事故。

为何不平：

1. 铺平：由于在运轨及铺设过程中受外力出现了硬弯、擦伤
   等不平顺。
2. 轧制：轧制过程中，因轧机等设备引起的周期性变形。
3. 服役磨损：轨头剥离、掉块、擦伤、不均匀磨耗等表面缺陷。
4. 焊接误差：焊接误差导致的不平顺问题。

如何提高平顺性？
• 提高钢轨的制造精度，如提高轧制精度。
• 提高焊接质量，如使用先进的焊接设备，严格焊
接质量，焊后实行精磨处理。
• 采用长定尺钢轨，减少焊接接头的数量。（无缝钢轨）
• 一次性铺轨方式。
• 预防性打磨钢轨。