钢轨腐蚀疲劳裂纹萌生及断裂行为研究
发布时间：2022-01-26 02:41
21世纪在航空、公路、铁路这三种运输方式中,如果选择最受欢迎的运输方式;铁路一定会成为首选。钢轨作为铁路最核心部件,它的好坏直接对行车的安全性造成影响。近些年,钢轨受到的损伤形式由传统轮轨之间发生滚动接触而诱发的钢轨疲劳损伤转变成因介质条件不同和轮轨滚动接触两种情况下附加发生的腐蚀疲劳损伤。因此研究钢轨腐蚀疲劳裂纹萌生及断裂行为,对我国铁路发展有着重要意义。本文以U75V钢轨为研究对象,选择在模拟极端情况下研究其腐蚀疲劳。通过“EA-08”型周期浸润腐蚀箱、高频动态疲劳机、GALYA3场发射扫描电镜、S-3400环境扫描电镜、OLS4000激光共聚焦显微镜等设备来研究U75V钢轨腐蚀形貌及腐蚀疲劳裂纹萌生、断裂之间的关系。首先通过以不同冷速进行热处理细化珠光体片层间距,得出冷速为3℃/s、5℃/s的珠光体片层间距分别为:0.2012μm、0.1224μm,轧态片层间距为0.3045μm;冷速为5℃/s的热处理细化效果最好。通过对腐蚀形貌研究,腐蚀类型为非均匀腐蚀。5℃/s热处理态和轧态随腐蚀时间的增加,腐蚀坑最大直径、腐蚀坑粗糙度及深度均增大。轧态腐蚀时间为:240h、360、480h...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
疲劳断口示意图
内蒙古科技大学硕士学位论文-17-（3）有效工作部位的表面应保证光滑，光亮，而且粗糙度应符合国标要求。图2.1疲劳试样示意图失重挂片试样：经过120#至600#的砂纸逐级水磨，去离子水冲洗；无水乙醇清洗后冷风吹干，在干燥皿中放置24h。然后将失重挂片试样使用电子天平称重，并用游标卡尺测量其尺寸。2.3实验方案2.3.1显微组织观察将轧态U75V钢轨的金相试样逐级打磨至800#，用高效抛光剂机械抛光。在试样的磨制和抛光过程中，应将使用力度把握好。因为用力过大会将试样中的夹杂物磨掉。然后使用硝酸酒精进行腐蚀，其浓度为4%，腐蚀时间为10s。再使用蔡司金相显微镜观察试样的金相组织。2.3.2夹杂物观察及分析使用S-3400环境扫描电镜对轧态U75V钢轨试样进行夹杂物寻找，并使用能谱分析确定夹杂物成分。观察统计轧态U75V钢轨中夹杂物的形状、大孝种类和分布状态。结合现有的成果分析其种类、成分。2.3.3热处理实验方案确定（1）确定加热温度首先要确定加热温度，通过根据试样材料的铁碳平衡相图中其碳的含量并确定奥氏体化的温度及时间。温度应选择为使试样完全奥氏体化温度，确定温度时还要注意两个问题：一是奥氏体在加热出现的粗化情况；二是在保温过程中的粗化情况。根据U75V钢轨的完全奥氏体化温度，选择900℃为最终的加热温度。（2）控制冷速
内蒙古科技大学硕士学位论文-18-通过实验的总结和铁路上服役钢轨的组织性能要求，得到了一个结论为：若将试样冷却速度控制在5℃/s以上，钢轨的组织中有马氏体组织产生影响其性能。故为了不生成马氏体，因此本文将试样最终的冷却速度选择为5℃/s以下进行实验研究。控制试样冷速是通过调节淬火设备的调节阀，使之喷吹不同压力的气体。淬火设备主要由三部分构成，分别是：加压、输出还有电脑控制。为了更好的控制冷速，本次热处理实验是使用Sony热成像仪对温度进行采集如图2.2。Sony热成像仪的优点是能过将那个时间段试样淬火的温度全部记录下来。对记录下来的温度进行处理，淬火装置结构及数据采集如图2.3所示。图2.2淬火实时采集红外温度图2.3淬火装置结构及数据采集系统通过以上的分析，制定本次淬火热处理实验工艺图如图2.4所示。将试样随炉加热到900℃，保温15s后以3℃/s、5℃/s冷速进行冷却。图2.4淬火工艺图对轧态U75V钢轨进行热处理，为了研究珠光体组织片层间距对腐蚀坑大小和粗糙度的影响。以不同的冷却速度得到不同的珠光体片层间距，选择珠光体片层间距最
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢中非金属夹杂物与金相鉴定分析[J]. 段丽飞,周海. 中国金属通报. 2019(04)
[2]高速铁路钢轨技术发展历程回顾[J]. 周清跃,张银花,刘丰收,田常海,陈朝阳,李闯. 中国铁路. 2018(03)
[3]U75V重轨钢的疲劳寿命分析[J]. 宿皓,陈林,郭飞翔,李琳. 内蒙古科技大学学报. 2017(04)
[4]2B25铝合金材料腐蚀疲劳性能试验研究[J]. 李新宇,付裕,熊峻江. 中国测试. 2015(04)
[5]浅谈金属腐蚀危害与防护[J]. 李雪爱,王文彪. 化工管理. 2013(12)
[6]浅谈钢结构设计原理[J]. 唐述山. 四川建材. 2012(02)
[7]珠光体片层腐蚀形态与机理[J]. 张贺佳,陈连生. 山西冶金. 2011(04)
[8]CNG储气井套管腐蚀疲劳机理研究[J]. 田家林,梁政,杨琳,邓雄,张梁. 石油矿场机械. 2011(01)
[9]钢轨如何分类[J]. 路基工程. 2009(01)
[10]深水铝合金隔水管涡激振动疲劳特性[J]. 孙友义,陈国明,畅元江. 中国石油大学学报(自然科学版). 2008(01)
博士论文
[1]含易溶钠盐砂土的电化学特性及其腐蚀机理研究[D]. 谢瑞珍.太原理工大学 2019
[2]腐蚀疲劳点蚀演化与裂纹扩展机理研究[D]. 黄小光.上海交通大学 2013
[3]铝合金材料的应力腐蚀及腐蚀疲劳特性实验研究[D]. 孟祥琦.上海交通大学 2012
[4]高强度耐蚀钢轨的研究[D]. 任安超.武汉科技大学 2012
硕士论文
[1]可降解Mg-Zn-Y-Nd合金的应力腐蚀与腐蚀疲劳性能研究[D]. 刘梦瑶.郑州大学 2019
[2]介质的腐蚀性对油井管材料腐蚀疲劳性能影响研究[D]. 王文涛.西安石油大学 2016
[3]Q345B热轧中宽带钢质量评价及改进措施研究[D]. 任德伟.山东大学 2014
[4]高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展的电化学表征[D]. 戚霞.江苏科技大学 2010
[5]深水钻井隔水管的振动分析与数值模拟[D]. 杨茂红.中国石油大学 2008
本文编号：3609650
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
疲劳断口示意图
内蒙古科技大学硕士学位论文-17-（3）有效工作部位的表面应保证光滑，光亮，而且粗糙度应符合国标要求。图2.1疲劳试样示意图失重挂片试样：经过120#至600#的砂纸逐级水磨，去离子水冲洗；无水乙醇清洗后冷风吹干，在干燥皿中放置24h。然后将失重挂片试样使用电子天平称重，并用游标卡尺测量其尺寸。2.3实验方案2.3.1显微组织观察将轧态U75V钢轨的金相试样逐级打磨至800#，用高效抛光剂机械抛光。在试样的磨制和抛光过程中，应将使用力度把握好。因为用力过大会将试样中的夹杂物磨掉。然后使用硝酸酒精进行腐蚀，其浓度为4%，腐蚀时间为10s。再使用蔡司金相显微镜观察试样的金相组织。2.3.2夹杂物观察及分析使用S-3400环境扫描电镜对轧态U75V钢轨试样进行夹杂物寻找，并使用能谱分析确定夹杂物成分。观察统计轧态U75V钢轨中夹杂物的形状、大孝种类和分布状态。结合现有的成果分析其种类、成分。2.3.3热处理实验方案确定（1）确定加热温度首先要确定加热温度，通过根据试样材料的铁碳平衡相图中其碳的含量并确定奥氏体化的温度及时间。温度应选择为使试样完全奥氏体化温度，确定温度时还要注意两个问题：一是奥氏体在加热出现的粗化情况；二是在保温过程中的粗化情况。根据U75V钢轨的完全奥氏体化温度，选择900℃为最终的加热温度。（2）控制冷速
内蒙古科技大学硕士学位论文-18-通过实验的总结和铁路上服役钢轨的组织性能要求，得到了一个结论为：若将试样冷却速度控制在5℃/s以上，钢轨的组织中有马氏体组织产生影响其性能。故为了不生成马氏体，因此本文将试样最终的冷却速度选择为5℃/s以下进行实验研究。控制试样冷速是通过调节淬火设备的调节阀，使之喷吹不同压力的气体。淬火设备主要由三部分构成，分别是：加压、输出还有电脑控制。为了更好的控制冷速，本次热处理实验是使用Sony热成像仪对温度进行采集如图2.2。Sony热成像仪的优点是能过将那个时间段试样淬火的温度全部记录下来。对记录下来的温度进行处理，淬火装置结构及数据采集如图2.3所示。图2.2淬火实时采集红外温度图2.3淬火装置结构及数据采集系统通过以上的分析，制定本次淬火热处理实验工艺图如图2.4所示。将试样随炉加热到900℃，保温15s后以3℃/s、5℃/s冷速进行冷却。图2.4淬火工艺图对轧态U75V钢轨进行热处理，为了研究珠光体组织片层间距对腐蚀坑大小和粗糙度的影响。以不同的冷却速度得到不同的珠光体片层间距，选择珠光体片层间距最
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢中非金属夹杂物与金相鉴定分析[J]. 段丽飞,周海. 中国金属通报. 2019(04)
[2]高速铁路钢轨技术发展历程回顾[J]. 周清跃,张银花,刘丰收,田常海,陈朝阳,李闯. 中国铁路. 2018(03)
[3]U75V重轨钢的疲劳寿命分析[J]. 宿皓,陈林,郭飞翔,李琳. 内蒙古科技大学学报. 2017(04)
[4]2B25铝合金材料腐蚀疲劳性能试验研究[J]. 李新宇,付裕,熊峻江. 中国测试. 2015(04)
[5]浅谈金属腐蚀危害与防护[J]. 李雪爱,王文彪. 化工管理. 2013(12)
[6]浅谈钢结构设计原理[J]. 唐述山. 四川建材. 2012(02)
[7]珠光体片层腐蚀形态与机理[J]. 张贺佳,陈连生. 山西冶金. 2011(04)
[8]CNG储气井套管腐蚀疲劳机理研究[J]. 田家林,梁政,杨琳,邓雄,张梁. 石油矿场机械. 2011(01)
[9]钢轨如何分类[J]. 路基工程. 2009(01)
[10]深水铝合金隔水管涡激振动疲劳特性[J]. 孙友义,陈国明,畅元江. 中国石油大学学报(自然科学版). 2008(01)
博士论文
[1]含易溶钠盐砂土的电化学特性及其腐蚀机理研究[D]. 谢瑞珍.太原理工大学 2019
[2]腐蚀疲劳点蚀演化与裂纹扩展机理研究[D]. 黄小光.上海交通大学 2013
[3]铝合金材料的应力腐蚀及腐蚀疲劳特性实验研究[D]. 孟祥琦.上海交通大学 2012
[4]高强度耐蚀钢轨的研究[D]. 任安超.武汉科技大学 2012
硕士论文
[1]可降解Mg-Zn-Y-Nd合金的应力腐蚀与腐蚀疲劳性能研究[D]. 刘梦瑶.郑州大学 2019
[2]介质的腐蚀性对油井管材料腐蚀疲劳性能影响研究[D]. 王文涛.西安石油大学 2016
[3]Q345B热轧中宽带钢质量评价及改进措施研究[D]. 任德伟.山东大学 2014
[4]高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展的电化学表征[D]. 戚霞.江苏科技大学 2010
[5]深水钻井隔水管的振动分析与数值模拟[D]. 杨茂红.中国石油大学 2008
本文编号：3609650
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