重载车轮钢CL70滚动摩擦条件下组织性能研究
发布时间：2022-01-06 15:08
在我国铁路运输的飞速发展为社会带来诸多便捷的同时,对车轮和钢轨性能的要求也在日益提高。尤其在重载运输环节,随着列车轴重的增加,重载车轮的摩擦磨损性能一直广受关注。因此对车轮钢的磨损性能以及在车轮运行时其内部的组织演变过程的研究具有重要意义。高碳珠光体钢CL70以其高强度、高耐磨性等优点,现已广泛应用于重载车轮钢的材料选择。但是在列车运行时裂纹往往沿着珠光体片层展开,造成严重的后果。因此本文从材料内部的碳化物形态与其磨损性能的关系入手,对CL70重载车轮钢进行球化退火以获得球状珠光体组织。将组织为片状珠光体和球状珠光体的CL70分别与U75V钢轨钢在GPM-40型滚动摩擦磨损试验机上以相同参数进行干摩擦纯滚动试验。使用称重法测量磨损量;利用数码显微镜、附带电子背散射衍射附件的扫描电子显微镜对磨损后的试样运行表面形貌运行以及材料内部表层组织进行观察与分析;并用显微硬度计对硬度变化情况进行测量。结果表明,片状珠光体组织的磨损性能远优于球状珠光体。具体体现在片状珠光体具有更少的磨损量、更低且平稳的磨损速率和摩擦系数、更低的表面粗糙度、以及更高的表面硬度和更显著的表面硬化幅度。在3.0×105转...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１ＣＬ７０钢显微组织??Ｆｉｇ．２．１?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｓｔｅｅｌ?ＣＬ７０??
?大连交通大学工学硕士学位论文???：Ｂ??图２．２Ｕ７５Ｖ钢显微组织??Ｆｉｇ．２．２?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｓｔｅｅｌ?Ｕ７５Ｖ??２．２球化退火热处理??利用ＨＭＦ１４００－３０箱式炉对部分ＣＬ７０钢进行球化退火热处理，球化退火工艺流程??如图２．３所示。采用的周期球化退火是在双相区内循环对ＣＬ７０钢进行等温球化退火的??热处理工艺，这种球化退火方式适合于ＣＬ７０钢这类的高碳亚共析钢，其特点是：??１、在奥氏体化保温时间内，钢中碳化物溶解少，奥氏体分布不均，使得奥氏体出??现富碳区。而在之后的珠光体等温转变过程中，渗碳体的形核位置就在这些分布不均的??富碳区域内，这部分渗碳体会直接成长为球状。但仍有一部分渗碳体会不可避免成长为??片状，成为片状碳化物，其中尺寸较小的细片状碳化物只能作为中间产物而存在，随后??会溶解并附着到邻近的球状碳化物上。部分尺寸较大的片状碳化物会在等温过程中破??碎，碎片会圆化和粗化，逐渐成为稳定的球状碳化物。因此，在每次循环加热阶段里，??由于成分不均匀奥氏体的存在、未溶碳化物增多，使得渗碳体的球化加快了进程，从而??球化退火效果更加理想。同时，比起达到相同球化效果的等温球化退火工艺，这种退火??方式可显著缩短工艺时间。??２、奥氏体向珠光体转变期间的冷却速度较快。冷却速度决定了过冷奥氏体的转变??温度Ｊｄ，转变温度随冷却速度加快而降低，导致碳原子及铁原子的扩散更加困难，碳??化物在球化时的临界距离减小，这有利于在保温或冷却过程中获得尺寸较为细小的碳化??物颗粒。??１２??
球化过程的效果，杨??洪波等人［８８］的研究表明．？当循环球化退火处理为１－３个周期时，随着周期数的增加，试??验钢的球化效果以及综合性能逐渐提升；而当循环至第４个周期后，球化效果和综合性??能反而有所下降。??Ｔｒｃ?“??６８５?——－／］－－－－Ａ?！＼?１＼?１＼?随炉冷却??／?ＩＩＩ?ＩＩ?ＩＩ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??ｒ?！?！?！?！?！?！?！?！?！?！?＾??１０４?６０?１５?９０?１５?６０?１５?９０?１５?６０?ｔ／ｍｉｎ??图２．３球化退火工艺??Ｆｉｇ．２．３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｓｐｈｅｒｏｉｄｉｚｉｎｇ?Ａｎｎｅａｌｉｎｇ??如图２．４（ａ）、（ｂ）所示分别为ＣＬ７０钢经球化退火后光学显微镜和扫描电子显微镜下??的形貌。ＣＬ７０钢经球化退火处理后组织为碳化物直径０．５－２?ｐｍ的球状珠光体，并仍有??少量碳化物形状不规则，均匀弥散的分布在铁素体基体上。片状珠光体组织经过球化退??火处理之后，片状渗碳体转变成为球状渗碳体，球状渗碳体均匀弥散的分布在铁素体基??体上，相互之间的距离远比片状渗碳体大，原珠光体团的尺寸和其内部的取向无明显改??变，大部分的碳化物处于铁素体之间的晶界或亚晶界处并且在晶界处碳化物的长大程度??明显大于晶内碳化物，硬度为２００－２２０?ＨＢＷ。??本工作中仅对ＣＬ７０钢主试样进行球化退火热处理，无论是与片状珠光体ＣＬ７０钢??试样或者是球状珠光体ＣＬ７０钢试样配对的Ｕ７５Ｖ钢陪试样，都不做任何热处理。“Ｕ７５Ｖ??Ｓａｍｐｌｅ?（Ｌａｍｅｌｌａｒ）’，表示与片状珠光体ＣＬ７０钢配对的Ｕ７５Ｖ钢试样，“Ｕ７５Ｖ?Ｓａｍｐｌｅ??（Ｓｐｈ
【参考文献】：
期刊论文
[1]渗碳体形态对高碳珠光体钢组织及性能的影响[J]. 向嵩,向梓杰,沈涛. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(12)
[2]滚滑磨损对U75V钢组织性能影响[J]. 孟庆艳,刘德义,刘鹏涛,赵秀娟,任瑞铭. 大连交通大学学报. 2016(04)
[3]U75V钢轨鱼鳞伤及剥离掉块缺陷分析[J]. 寇沙沙,梁正伟,刘莉,李智丽,张娜. 钢铁钒钛. 2016(04)
[4]新材质车轮钢对重载货车轮轨磨耗的影响[J]. 李亨利,李芾,张澎湃,邓小剑,王爱民. 铁道学报. 2016(06)
[5]谐波减速器黏着磨损失效加速寿命模型研究[J]. 李俊阳,王家序,范凯杰,汪忠来. 摩擦学学报. 2016(03)
[6]粗糙表面的黏着试验研究[J]. 陈荣誉,黄平. 摩擦学学报. 2016(03)
[7]世界铁路重载运输技术的运用与发展[J]. 田葆栓. 铁道车辆. 2015(12)
[8]不同组织共析钢室温拉伸变形的塑性失稳[J]. 郑成思,李龙飞,杨王玥,孙祖庆. 材料热处理学报. 2014(03)
[9]国外铁路重载运输对我国铁路货运发展的启示[J]. 穆鑫,杨春雷,李貌. 铁道经济研究. 2013(01)
[10]高速与重载铁路的疲劳磨损对比研究[J]. 钟雯,董霖,王宇,朱维兵,刘启跃. 摩擦学学报. 2012(01)
博士论文
[1]铁路重载运输发展动因及组织策略研究[D]. 冯芬玲.中南大学 2009
[2]轮轨滚动接触疲劳与磨损耦合关系及预防措施研究[D]. 王文健.西南交通大学 2008
硕士论文
[1]U71Mn钢轨钢摩擦磨损过程中组织演变的研究[D]. 陈琳.大连交通大学 2017
[2]重载钢轨钢U75V干摩擦的组织与性能研究[D]. 李双志.大连交通大学 2017
[3]高速车轮钢ER8C摩擦磨损过程中组织演变的研究[D]. 于君怡.大连交通大学 2017
[4]D2车轮钢接触疲劳性能与组织演变的研究[D]. 王帅帅.大连交通大学 2017
[5]重载钢轨钢U75V在摩擦磨损时组织和性能变化[D]. 孟庆艳.大连交通大学 2016
[6]高碳纳米珠光体钢轨钢组织与性能的研究[D]. 刘硕.燕山大学 2015
[7]U71Mn钢轨与车轮材料匹配试验研究[D]. 张向龙.西南交通大学 2011
[8]车轮钢滚动磨损特性研究[D]. 李自彬.西南交通大学 2010
本文编号：3572679
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１ＣＬ７０钢显微组织??Ｆｉｇ．２．１?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｓｔｅｅｌ?ＣＬ７０??
?大连交通大学工学硕士学位论文???：Ｂ??图２．２Ｕ７５Ｖ钢显微组织??Ｆｉｇ．２．２?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｓｔｅｅｌ?Ｕ７５Ｖ??２．２球化退火热处理??利用ＨＭＦ１４００－３０箱式炉对部分ＣＬ７０钢进行球化退火热处理，球化退火工艺流程??如图２．３所示。采用的周期球化退火是在双相区内循环对ＣＬ７０钢进行等温球化退火的??热处理工艺，这种球化退火方式适合于ＣＬ７０钢这类的高碳亚共析钢，其特点是：??１、在奥氏体化保温时间内，钢中碳化物溶解少，奥氏体分布不均，使得奥氏体出??现富碳区。而在之后的珠光体等温转变过程中，渗碳体的形核位置就在这些分布不均的??富碳区域内，这部分渗碳体会直接成长为球状。但仍有一部分渗碳体会不可避免成长为??片状，成为片状碳化物，其中尺寸较小的细片状碳化物只能作为中间产物而存在，随后??会溶解并附着到邻近的球状碳化物上。部分尺寸较大的片状碳化物会在等温过程中破??碎，碎片会圆化和粗化，逐渐成为稳定的球状碳化物。因此，在每次循环加热阶段里，??由于成分不均匀奥氏体的存在、未溶碳化物增多，使得渗碳体的球化加快了进程，从而??球化退火效果更加理想。同时，比起达到相同球化效果的等温球化退火工艺，这种退火??方式可显著缩短工艺时间。??２、奥氏体向珠光体转变期间的冷却速度较快。冷却速度决定了过冷奥氏体的转变??温度Ｊｄ，转变温度随冷却速度加快而降低，导致碳原子及铁原子的扩散更加困难，碳??化物在球化时的临界距离减小，这有利于在保温或冷却过程中获得尺寸较为细小的碳化??物颗粒。??１２??
球化过程的效果，杨??洪波等人［８８］的研究表明．？当循环球化退火处理为１－３个周期时，随着周期数的增加，试??验钢的球化效果以及综合性能逐渐提升；而当循环至第４个周期后，球化效果和综合性??能反而有所下降。??Ｔｒｃ?“??６８５?——－／］－－－－Ａ?！＼?１＼?１＼?随炉冷却??／?ＩＩＩ?ＩＩ?ＩＩ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??ｒ?！?！?！?！?！?！?！?！?！?！?＾??１０４?６０?１５?９０?１５?６０?１５?９０?１５?６０?ｔ／ｍｉｎ??图２．３球化退火工艺??Ｆｉｇ．２．３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｓｐｈｅｒｏｉｄｉｚｉｎｇ?Ａｎｎｅａｌｉｎｇ??如图２．４（ａ）、（ｂ）所示分别为ＣＬ７０钢经球化退火后光学显微镜和扫描电子显微镜下??的形貌。ＣＬ７０钢经球化退火处理后组织为碳化物直径０．５－２?ｐｍ的球状珠光体，并仍有??少量碳化物形状不规则，均匀弥散的分布在铁素体基体上。片状珠光体组织经过球化退??火处理之后，片状渗碳体转变成为球状渗碳体，球状渗碳体均匀弥散的分布在铁素体基??体上，相互之间的距离远比片状渗碳体大，原珠光体团的尺寸和其内部的取向无明显改??变，大部分的碳化物处于铁素体之间的晶界或亚晶界处并且在晶界处碳化物的长大程度??明显大于晶内碳化物，硬度为２００－２２０?ＨＢＷ。??本工作中仅对ＣＬ７０钢主试样进行球化退火热处理，无论是与片状珠光体ＣＬ７０钢??试样或者是球状珠光体ＣＬ７０钢试样配对的Ｕ７５Ｖ钢陪试样，都不做任何热处理。“Ｕ７５Ｖ??Ｓａｍｐｌｅ?（Ｌａｍｅｌｌａｒ）’，表示与片状珠光体ＣＬ７０钢配对的Ｕ７５Ｖ钢试样，“Ｕ７５Ｖ?Ｓａｍｐｌｅ??（Ｓｐｈ
【参考文献】：
期刊论文
[1]渗碳体形态对高碳珠光体钢组织及性能的影响[J]. 向嵩,向梓杰,沈涛. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(12)
[2]滚滑磨损对U75V钢组织性能影响[J]. 孟庆艳,刘德义,刘鹏涛,赵秀娟,任瑞铭. 大连交通大学学报. 2016(04)
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[4]新材质车轮钢对重载货车轮轨磨耗的影响[J]. 李亨利,李芾,张澎湃,邓小剑,王爱民. 铁道学报. 2016(06)
[5]谐波减速器黏着磨损失效加速寿命模型研究[J]. 李俊阳,王家序,范凯杰,汪忠来. 摩擦学学报. 2016(03)
[6]粗糙表面的黏着试验研究[J]. 陈荣誉,黄平. 摩擦学学报. 2016(03)
[7]世界铁路重载运输技术的运用与发展[J]. 田葆栓. 铁道车辆. 2015(12)
[8]不同组织共析钢室温拉伸变形的塑性失稳[J]. 郑成思,李龙飞,杨王玥,孙祖庆. 材料热处理学报. 2014(03)
[9]国外铁路重载运输对我国铁路货运发展的启示[J]. 穆鑫,杨春雷,李貌. 铁道经济研究. 2013(01)
[10]高速与重载铁路的疲劳磨损对比研究[J]. 钟雯,董霖,王宇,朱维兵,刘启跃. 摩擦学学报. 2012(01)
博士论文
[1]铁路重载运输发展动因及组织策略研究[D]. 冯芬玲.中南大学 2009
[2]轮轨滚动接触疲劳与磨损耦合关系及预防措施研究[D]. 王文健.西南交通大学 2008
硕士论文
[1]U71Mn钢轨钢摩擦磨损过程中组织演变的研究[D]. 陈琳.大连交通大学 2017
[2]重载钢轨钢U75V干摩擦的组织与性能研究[D]. 李双志.大连交通大学 2017
[3]高速车轮钢ER8C摩擦磨损过程中组织演变的研究[D]. 于君怡.大连交通大学 2017
[4]D2车轮钢接触疲劳性能与组织演变的研究[D]. 王帅帅.大连交通大学 2017
[5]重载钢轨钢U75V在摩擦磨损时组织和性能变化[D]. 孟庆艳.大连交通大学 2016
[6]高碳纳米珠光体钢轨钢组织与性能的研究[D]. 刘硕.燕山大学 2015
[7]U71Mn钢轨与车轮材料匹配试验研究[D]. 张向龙.西南交通大学 2011
[8]车轮钢滚动磨损特性研究[D]. 李自彬.西南交通大学 2010
本文编号：3572679
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