我国铁路已全面进入高速和重载时代,其中高铁运营里程超过1.2万公里,居世界第一位,我国重载铁路也迈入了国际先进行列。高速、重载铁路都是复杂的巨系统,如轮轨、弓网、流固、车控等多个系统结合部中,轮轨关系(或称轮轨系统)耦合匹配是最关键、最核心的系统之一,其根本原因是直接涉及安全,轮轨失效将带来灾难性的后果。本项目以2015年国家重点基础研究发展计划中材料科学领域的 “高速重载轨道交通轮轨系统金属材料的基础研究”方向为指导,针对我国铁路高速化、重载化发展的重大技术需求,开展大变形量、高应变速率、低温、复杂动载等环境下轮轨材料的随机多轴疲劳损伤机制及可靠性问题的关键基础研究,以取得相关理论、方法和应用的重大突破,为轨道交通轮轨材料科技发展提供强有力的科学技术支撑。

本项目围绕“轮轨系统超高周疲劳损伤规律及机理”、“轮轨材料摩擦磨损与接触疲劳耦合作用的规律及机理”、“复杂环境下轮轨材料疲劳断裂动态损伤演变与约束脆化机理”三个关键科学问题,开展以下五个课题研究:

1、复杂环境下车轮材料多轴疲劳损伤和结构约束致脆机理研究;

2、高速、重载条件下轮轨材料表层组织及性能演化规律研究;

3、第二相改性及组织精细控制对轮辋材料断裂韧性和疲劳寿命的影响研究;

4、高性能新型贝氏体轮轨材料原型研究;

5、基于概率安全的轮轨材料服役性能评价体系研究。

本项目将在国家科技部和中国铁路总公司的大力支持下,通过产学研用联合攻关模式,集中力量,统筹协调,以基础理论与核心技术研究为主旨,开展材料研发和服役行为评测及原型制造基础研究,形成我国高速和重载铁路轮轨材料创新技术团队,为全面实现我国高速、重载轮轨部件材料自主化提供理论和实践基础。

本项目由中国铁道科学研究院牵头,中国工程院士何华武任首席科学家;铁路关键材料的研发单位:钢铁研究总院、北京科技大学、清华大学;铁路服役行为研究单位:西南交通大学、北京交通大学和大连交通大学;以及车轮材料制造单位:马钢股份公司作为项目参加单位。研究队伍的学科领域包括了金属材料、机车车辆、机械力学、材料力学、材料物理和铁路运输等多学科。