高速铁路接触网定位线夹用Cu-Ni-Si合金的疲劳性能和强度提高方法研究

摘要

随着我国高铁运营年限的不断增长，由接触网定位线夹失效断裂而导致的事故时有发生，严重影响到高铁的运行安全。定位线夹在长期服役过程中，经受了酸雨、工业废气腐蚀环境的影响并承受了受电弓滑过、风等造成的疲劳载荷，从而导致了定位线夹疲劳和腐蚀疲劳失效的问题。 本文使用定位线夹的制造材料CuNi2Si，开展了拉伸实验和疲劳试验，研究了预冷变形、表面微粒子喷丸处理和腐蚀环境对疲劳性能和破坏行为的影响，并基于各种处理状态下的CuNi2Si疲劳性能数据进行定位线夹疲劳寿命仿真。结果表明： （1）预冷变形处理使CuNi2Si的屈服强度、抗拉强度和硬度明显上升，但是延伸率和断面收缩率出现下降，它也使材料疲劳强度的有所降低。预冷变形试样在裂纹萌生后，裂纹转向沿与加载应力呈45°方向扩展直到最终的破坏。 （2）微粒子喷丸表面处理使CuNi2Si合金107循环周次对应疲劳强度提高了50%，且CuNi2Si合金的S-N曲线呈现阶梯下降型，试样在高应力水平下的疲劳裂纹萌生自试样表面，而在低应力水平下的疲劳裂纹萌生自试样次表面。 （3）在5%NaCl雾化环境下，未表面处理试样107循环周次对应疲劳强度下降60%，微粒子喷丸处理处理试样 107循环周次对应疲劳强度下降 25%，结果表明微粒子喷丸处理明显提升了CuNi2Si合金抗腐蚀疲劳能力。腐蚀疲劳断口为沿晶脆性断裂。 （4）基于各种处理状态下的CuNi2Si疲劳性能数据的定位线夹疲劳仿真结果表明，即使是有预冷变形处理和腐蚀环境下的仿真疲劳寿命一样满足铁路行业标准要求，仿真结果显示疲劳危险点均位于定位线夹有环夹板内侧螺纹孔处。

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