AREMA标准钢轨残余应力测试方法的研究

机车车轴残余应力测试唐绘兴①　孙德涛（上海金艺检测技术有限公司　安徽马鞍山２４３０３２）摘　要　本文采用切割法和应变测试技术对机车车轴残余应力进行现场测试，通过测试数据计算出车轴表面的圆周残余应力及表面下２ｍｍ处的残余应力，测试方法理论完善，结果准确可靠。

机车车轴残余应力的测试为全面掌握车轴残余应力提供依据，进而为热处理工艺参数控制提供参考。

关键词　机车车轴　残余应力　应变测试　切割法中图法分类号　ＴＰ１８３　ＴＰ２１２ 文献标识码　ＢＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０４ ０２７ＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓＴｅｓｔｉｎｇｏｆＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＡｘｌｅｓＴａｎｇＨｕｉｘｉｎｇ　ＳｕｎＤｅｔａｏ（ＳｈａｎｇｈａｉＪｉｎｙｉＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ａｎｈｕｉ２４３０３２）ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｃｕｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｔｒａｉｎｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｎ ｓｉｔｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅｓａｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａ，ｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅａｘｌｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓａｔ２ｍｍｂｅｌｏｗｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｒｅｆｕｒｔｈｅｒｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙｓｏｕｎｄａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅｓｐｒｏｖｉｄｅｓａｂａｓｉｓｆｏｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎａｘｌｅｓ，ａｎｄｔｈｕｓｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅ　Ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ　Ｓｔｒａｉｎｔｅｓｔｉｎｇ　Ｃｕｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ１　前言机车车轴是机车关键部件之一，具有很高的安全性要求，为了确保车轴的可靠，经热处理和机加工后，每个车轴表面的圆周残余应力及表面下２ｍｍ处的残余应力都应控制在一定的范围之内，残余应力的大小和分布深度，是车轴必须达到的一个重要质量指标［１，２］。

2.测试方法目前常用的残余应力测试方法主要有三种：一是盲孔法，二是X射线衍射法，三是磁弹性法。

盲孔法需在工件表面测量部位钻φ1.5~2mm深2mm的小孔（粘贴专用应变花），通过测读释放应变确定残余应力的大小，所测应力为孔深范围内的平均应力，同一测点无法重复测量比较；X射线衍射法可以做到无损测试，但由于X射线穿透力有限，一般只能测出几个微米范围内平均应力；磁弹性法是近几年发展较快应用比较成熟的一种残余应力测试方法，具有方便、无损、快速、准确的特点。

对采用盲孔法和X射线衍射法检测残余应力，施工强度大，测量精度难以保证。

尤其盲孔法不能对同一位置进行重复性测量，测量数据的符合性差。

因此，三峡发电机组转子圆盘支架焊缝残余应力的测试采用了磁弹法技术。

残余应力的测量方法残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。

有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法；无损方法就是物理的方法。

机械方法目前用得最多的是钻孔法（盲孔法），其次还有针对一定对象的环芯法。

物理方法中用得最多的是X射线衍射法，其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性法和超声法。

X射线衍射法依据X射线衍射原理，即布拉格定律。

布拉格定律把宏观上可以准确测定的衍射角同材料中的晶面间距建立确定的关系。

材料中的应力所对应的弹性应变必然表征为晶面间距的相对变化。

当材料中有应力σ存在时，其晶面间距d 必然随晶面与应力相对取向的不同而有所变化，按照布拉格定律，衍射角2θ也会相应改变。

因此有可能通过测量衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。

从这里可以看出X射线衍射法测定应力的原理是成熟的，经过半个多世纪的历程，在国内外，测量方法的研究深入而广泛，测试技术和设备已经比较完善，不但可以在实验室进行研究，可且可以应用到各种实际工件，包括大型工件的现场测量。

车轮残余应力测试方法研究丁涛;王广科【摘要】With the help of simulation analysis method, the change laws of saw kerf width and stress/strain near the kerf were studied when radial saw cutting. The analyses show that when the saw cutting depth reaches the joint of rim and plate, the release of residual stress is sufficient enough to calculate the residual stress on the tread based on release information of residual stress. On the basis of the radial saw cutting method, strain gauges were pasted near the kerf and record the strain change when saw cutting. The residual stress was calculated according to the strain change information.%采用仿真分析的方法研究了火车轮径向锯切过程中锯缝宽度的变化以及锯缝附近踏面上应力/应变的变化规律。

分析表明,当锯切深度达到轮辋与辐板连接处时,锯缝附近残余应力的释放已经十分充分,可根据残余应力的释放情况计算踏面上残余应力的大小。

按照径向锯切方法,在锯缝附近粘贴应变片,径向锯切到轮辋与辐板连接圆弧处时停止锯切,依据应变片记录的应变值可计算踏面上的残余应力。

【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2012(023)012【总页数】4页(P1508-1511)【关键词】火车轮;残余应力;残余应力测试;仿真分析【作者】丁涛;王广科【作者单位】安徽工业大学,马鞍山243002;安徽工业大学,马鞍山243002【正文语种】中文【中图分类】U260.331.10 引言火车轮踏面残余压应力的大小及其沿轮辋的分布是评价车轮质量的一个重要指标。

高性能转向架用钢的残余应力研究与去应力处理技术钢材作为一种重要的工程材料，在各个行业中都有着广泛的应用。

特别是在高性能转向架的制造过程中，钢材的性能至关重要。

然而，由于制造过程中的各种因素，钢材中往往存在着残余应力，这些残余应力可能会对转向架的性能产生负面影响。

因此，对高性能转向架用钢的残余应力进行研究，并开发去应力处理技术，具有重大的理论和实践意义。

首先，我们需要了解什么是残余应力。

残余应力是指在无外力加载的情况下，由于制造过程中的各种因素而在物体内部存在的应力。

这些因素包括材料的非均匀变形、加工工艺导致的温度梯度、焊接、淬火等。

钢材中的残余应力可能会导致零部件变形、开裂、疲劳寿命降低等问题，因此对其进行研究十分必要。

钢材中的残余应力可以通过多种方法进行研究。

其中，最常用的方法是通过X 射线衍射技术进行测量。

通过将钢材样品暴露在X射线束下，针对不同晶体面的衍射峰进行测量和分析，可以获得材料中的残余应力的信息。

此外，还可以通过拉应力分析仪、电子背散射衍射、中子衍射等方法进行测量。

在研究了高性能转向架用钢的残余应力后，我们需要开发适合的去应力处理技术。

去应力处理是指对钢材进行特殊的热处理或机械处理，以减小或消除残余应力的过程。

常见的去应力处理技术包括热处理、冷却加压、轧制等。

热处理是目前最常用的去应力处理技术之一。

通过控制加热和冷却过程中的温度和时间，可以使材料的晶体结构发生相应的改变，从而减小或消除残余应力。

热处理方法包括退火、时效处理等。

其中，退火是最常用的热处理方法之一。

通过将钢材加热到特定温度，然后缓慢冷却，可以使钢材内部的晶粒得到重新排列，从而减小残余应力。

冷却加压是另一种常用的去应力处理技术。

通过在热处理过程中施加外力，在恒温下快速进行冷却，可以通过改变材料内部的力学状态来减小残余应力。

轧制是一种机械处理技术，通过对钢材进行轧制，可以使其内部的残余应力得到释放和调整。

除了这些传统的去应力处理技术，还有一些新的技术也被应用于高性能转向架用钢的残余应力去除中。

金属材料残余应力的测定方法巴发海;李凯【摘要】Residual stress will be induced into the materials by some machining forming processes,such as casting,forging,welding,spraying and so on.Residual stress is the major cause of the failure of components,and the accuracy measurement of stress state of the components has important significance for the control of the product quality.The principles and methods of residual stress measurement for metallic materials were introduced briefly, and the theories and standards of both sin2ψ method and cosα method for residual stress measurement were mainly described,and the developing trend of residual stress measurement in the future was prospected.%铸造、锻压、焊接、喷涂等各类机械加工成型过程都会使材料引入残余应力,残余应力的存在是构件失效的主要原因之一,准确测定工件的应力状态对产品质量的控制有着重要的意义.简要介绍了常用金属材料残余应力的测定原理与方法,概述了残余应力不同测试标准的适用性和局限性,重点阐述了sin2ψ 与cosα 两种X射线法测定残余应力的理论和标准,并展望了残余应力测定的发展方向.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2017(053)011【总页数】7页(P771-777)【关键词】残余应力;钻孔应变法;压痕应变法;超声法;X射线法;cosα方法【作者】巴发海;李凯【作者单位】上海材料研究所,上海市工程材料应用与评价重点实验室,上海200437;上海材料研究所,上海市工程材料应用与评价重点实验室,上海 200437【正文语种】中文【中图分类】TG115.2残余应力是在没有外力或外力矩作用的条件下，构件或材料内部存在并且自身保持平衡的宏观应力。

残余应力检测方法残余应力是指在物体内部或表面上存在的一种内部应力状态。

残余应力的存在对材料的性能和使用寿命都有很大的影响，因此对残余应力的检测和分析显得尤为重要。

下面将介绍几种常用的残余应力检测方法。

首先，X射线衍射方法是一种常用的残余应力检测方法。

通过对材料表面或内部进行X射线照射，然后观察X射线的衍射图样，可以得到材料的晶格参数，从而计算出残余应力的大小和方向。

这种方法具有非破坏性、快速、准确的特点，因此在工程实践中得到了广泛的应用。

其次，光弹法也是一种常见的残余应力检测方法。

通过在材料表面或内部施加一定的载荷，观察材料的形变情况，再结合材料的弹性参数，可以计算出残余应力的大小和分布情况。

这种方法适用于各种材料，尤其对于复杂形状和大尺寸的工件也有很好的适用性。

此外，声发射方法也可以用于残余应力的检测。

当材料内部存在应力时，会引起微裂纹的扩展和移动，产生声波信号。

通过对这些声波信号的监测和分析，可以得到材料内部残余应力的信息。

这种方法对于复杂结构和高温环境下的残余应力检测具有独特的优势。

最后，磁性方法也是一种常用的残余应力检测方法。

当材料内部存在应力时，会对材料的磁性产生影响，通过对磁性信号的监测和分析，可以得到材料内部残余应力的信息。

这种方法适用性广泛，可以用于各种金属材料的残余应力检测。

总的来说，残余应力的检测对材料的质量控制和工程结构的安全性具有重要意义。

以上介绍的几种方法都具有各自的特点和适用范围，可以根据具体的情况选择合适的方法进行残余应力的检测和分析。

希望以上内容对残余应力检测方法有所帮助。

无损检测技术中的残余应力测量与分析方法剖析残余应力是指在物体内部存在的，由于外部加载和热应变引起的应力状态。

残余应力的存在对材料的性能和稳定性有着重要影响，因此在工程领域中需要对其进行准确测量和分析。

无损检测技术在残余应力测量与分析中起到了重要的作用，本文将对无损检测技术中的残余应力测量与分析方法进行剖析。

一、X射线衍射法X射线衍射（XRD）技术是一种常用的测量材料残余应力的方法。

该方法通过分析材料中晶体的衍射图谱来确定其残余应力。

当材料发生应力时，晶格的排列会发生变化，从而引起X射线的衍射角度的变化。

通过测量和分析这种变化，可以得到材料的残余应力信息。

XRD技术具有测量范围广、准确性高、可重复性好等优点。

对于单晶材料，XRD技术能够直接测量晶体中的残余应力，精度较高。

而对于多晶材料，则需要通过倾角扫描或者称为θ-2θ扫描，来获得材料中的残余应力信息。

不过，XRD技术对于非晶态材料的测量精度较低。

二、中子衍射法中子衍射（ND）技术是一种利用中子进行测量的方法，可用于测量材料的残余应力。

中子的波长大约为0.1-1.0纳米，相较于X射线而言，中子的波长更适合用于测量晶体结构。

中子与材料作用时，受到材料中的晶格排列和残余应力的影响，从而产生衍射。

中子衍射技术具有穿透性强、对非晶态材料测量精度高等优点。

相较于XRD技术，中子衍射技术在测量多晶材料的残余应力时精度更高，适用范围更广。

不过，中子衍射技术的设备成本较高，且实验条件要求较为苛刻。

三、位错法位错法是一种基于物理模型的测量残余应力的方法。

位错是材料晶体结构中的缺陷，它们是材料中形成应力的主要机制之一。

位错法通过测量材料中位错的密度和分布来推导残余应力。

位错法具有非常高的空间分辨率和准确性，适用于各种材料的残余应力测量。

位错法可以通过电子显微镜和X射线繁切分析仪等设备进行实施。

但是，位错法需要对材料进行特殊制备和取样，且实验条件更为复杂。

四、光弹法光弹法是一种基于光学和力学原理的测量方法，通过测量光线透过或反射于材料表面时产生的应力光学效应来推断残余应力。

钢轨中残余应力的产生、影响及调控研究现状
王建军;李宏光;王庆超;董润洲;杨志南;张福成
【期刊名称】《燕山大学学报》
【年(卷),期】2024(48)1
【摘要】近年来随着我国高速、重载铁路的快速发展,列车速度的提升、轴重的加大对钢轨服役性能的可靠性提出了更高的要求。

如果钢轨中的残余应力过大且处于不利的分布状态,容易促进疲劳裂纹的形成,并加速扩展,从而严重影响其服役性能。

本文汇总了当前针对钢轨中残余应力的测量方法,并论述了钢轨中残余应力的产生原因及其对综合性能的影响机制。

同时,依据钢轨生产的工艺流程,从预弯、冷却、矫直、回火等方面出发,综述了国内外研究者在钢轨残余应力演变及其调控领域所取得的成果。

最后,对钢轨残余应力演变与调控技术的发展进行了展望。

【总页数】10页(P1-10)
【作者】王建军;李宏光;王庆超;董润洲;杨志南;张福成
【作者单位】燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心;燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室;华北理工大学冶金与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG142
【相关文献】
1.核电设备的焊接残余应力研究现状及\r调控措施
2.残余应力对裂缝扩展的影响(关于钢轨断裂韧性研究报告之二)
3.钢轨内残余应力的产生及其危害
4.焊接残余应力检测与调控技术研究现状
5.矫直工艺对热处理钢轨残余应力的影响
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冷轧带钢残余应力的实验研究
近年来，钢铁和铝材料在建筑、航空航天、交通运输、医疗服务和消费电子等众多领域的广泛应用，使得冷轧带钢残余应力的研究变得日益重要。

因此，开展冷轧带钢残余应力的实验研究具有重要的意义。

冷轧带钢残余应力实验研究的主要内容有：冷轧带钢的力学性能、残余应力变形关系，以及冷轧带钢表面状态对残余应力的影响。

首先，为了确定冷轧带钢的力学性能，通常采用拉伸试验和冲击试验，以确定冷轧带钢的拉伸性能和冲击性能，进而分析冷轧带钢的残余应力变形关系。

其次，为了检查冷轧带钢的表面状态，可以采用磁粉检测技术，或者对其进行粗糙度测量，以及表面光洁度分析，以检测冷轧带钢的表面质量。

最后，通过拉伸-放松试验或拉伸-拉伸试验，研究冷轧带钢的表面状态对残余应力的影响。

冷轧带钢残余应力实验研究需要具备一定的实验环境和实验设备。

其中，实验环境要求良好，实验设备则要求具备力学性能测试仪器、表面检测仪器和拉伸-放松试验机等。

另外，此项实验研究还需
要具备可靠的研究方法，使研究结果更加准确可靠。

冷轧带钢残余应力实验研究的结果可以为冷轧带钢在工业生产
中的运用提供参考，特别是对于确定冷轧带钢的拉伸性能、冲击性能、表面状态以及残余应力等方面有重要的应用价值。

同时，它还可以为带钢表面处理工艺开发、研究带钢质量及缺陷检测等提供支持，因此研究冷轧带钢残余应力具有重要的实际意义。

综上所述，冷轧带钢残余应力的实验研究是带钢应用的重要研究领域，具有重要的实际应用价值。

未来实验研究将重点结合新材料、新材料加工工艺和新表面处理技术，继续深入研究冷轧带钢残余应力，为冷轧带钢在工业生产中的运用提供支持。