重軌在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。重軌的生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)熱軋、冷卻和矯直等工藝，重軌在軋制冷卻時(shí)，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(shí)，由于重軌斷面為變截面，在冷卻時(shí)，軌腰和軌底邊緣具有最快的冷卻速度，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(guò)矯直使得整個(gè)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(guò)大的殘余應(yīng)力，會(huì)造成重軌在使用過(guò)程中斷裂失效，從而導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸車(chē)輛的翻車(chē)事故，特別是時(shí)速超過(guò)200Km/h的高速車(chē)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(cè)方法-全釋放法對(duì)重軌表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試研究。
試驗(yàn)材料
目前高速客運(yùn)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(duì)象，采用全釋放法對(duì)其外表面的殘余應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行測(cè)試研究，試驗(yàn)中使用的重軌為冷矯后的試樣，長(zhǎng)1m。
全釋放法的測(cè)試過(guò)程
試驗(yàn)過(guò)程中的應(yīng)變測(cè)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(cè)試過(guò)程為：首先在1m長(zhǎng)重軌試樣中間的預(yù)設(shè)測(cè)點(diǎn)位置表面用布砂輪打磨平整，再用200號(hào)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(cè)點(diǎn)位置，待應(yīng)變片干透后用應(yīng)變儀測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)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(jìn)行切割并測(cè)量橫截面試樣上應(yīng)變片的讀數(shù)，最后采用線(xiàn)切割將每個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變片連同底下的材料以尺寸10mm*10mm*10mm大小取下來(lái)測(cè)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(jì)算重軌上各測(cè)點(diǎn)釋放的殘余應(yīng)力。
全釋放法測(cè)試的關(guān)鍵是使用線(xiàn)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(guān)殘余應(yīng)力分布梯度可以忽略不計(jì)時(shí)，則宏觀(guān)殘余應(yīng)力就會(huì)得到充分釋放，通過(guò)檢測(cè)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)得到了完全的釋放。
結(jié)論
采用全釋放法檢測(cè)軌底中間縱向殘余應(yīng)力要小于常用釋放法的檢測(cè)結(jié)果，結(jié)果表明，按照 規(guī)定檢測(cè)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(jì)性和使用安全性，這種檢測(cè)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)力最大，軌頭次之。
