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中子衍射法研究激光熔覆重载钢轨中的残余应力

DOI：10.1016/j.jmatprotec.2019.116511 期刊：Journal of Materials Processing Technology 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 残余应力是影响摩擦部件疲劳行为的关键参数之一，可通过激光熔覆等热机械工艺引入。本研究采用中子衍射技术评估了激光熔覆钢轨的残余应力分布。激光熔覆基体钢轨选用澳大利亚重载铁路轨道使用的过共析钢轨钢，熔覆材料为410L（低碳不锈钢合金）和Stellite 6（钴基合金），这两种材料因其优异的耐磨、耐腐蚀及抗疲劳性能而被选中。研究测量了全尺寸激光熔覆钢轨的残余应力，包括轨头熔覆层、热影响区（HAZ）和基体区的应力分布。为高空间分辨率量化全尺寸钢轨残余应力，开发了新型试样制备策略。研究发现熔覆层存在较高压应力，可能源于该区域的马氏体相变；热影响区4毫米深度内出现拉应力，主要可能由热收缩和组织体积变化导致。增加第二熔覆层虽未显著改变残余应力幅值，但使峰值拉应力向更深处移动，有利于抗磨；焊后热处理显著降低了熔覆层和热影响区的高残余应力。
作者： Taposh Roy，Anna Paradowska，Ralph Abrahams，Michael Law，Peter Mutton，Mehdi Soodi，Wenyi Yan
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

采用中子衍射技术研究激光熔覆钢轨的残余应力分布，以理解其对疲劳行为的影响。

研究成果

该研究利用中子衍射技术成功评估了全尺寸激光熔覆钢轨的残余应力。由于马氏体相变，410L熔覆钢轨以压应力为主，而Stellite 6熔覆钢轨则以拉应力为主。焊后热处理能有效降低残余应力。研究结果表明，建议在铁路钢轨激光熔覆过程中采用预热和焊后热处理工艺来缓解不利的内应力。

研究不足

该研究聚焦于激光熔覆钢轨的残余应力分布，但未深入探究实际工况下的长期疲劳行为。其样本制备策略虽具创新性，却未必适用于所有类型的钢轨修复。

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