激光选区淬火对U71Mn钢轨磨损性能的影响
发布时间：2020-12-21 05:55
轮轨磨损在铁路运输中一直是关键的技术问题,它与铁路运输中提高轴重及速度等一系列重大问题密切相关。激光淬火技术对提高材料表面硬度和增加耐磨性具有重要的作用,目前已运用在钢轨表面强化中。然而,淬火区表层至内部基体的力学性能分布尚不清楚,淬硬层的钢轨的耐磨损提升机理尚不明确。由于淬火斑尺寸小,无法开展宏观的拉伸测试获取基本力学性能参数,需要通过纳米压入测试技术对淬硬层材料进行压入测试,通过反演分析获取描述单调拉伸和循环变形的材料模型参数,进而建立激光选区淬火强化钢轨的三维有限元模型,分析淬火斑对U71Mn钢轨磨损性能的影响。研究成果对提高钢轨服役寿命和降低铁路运营成本具有重要指导意义。本文的主要工作总结如下:1)对激光选区淬火U71Mn钢轨母材和淬火斑材料分别进行了金相组织分析,获取了激光选区淬火对材料微结构的影响,通过母材和淬火斑材料的单轴拉伸试验,获取了材料的基本力学性质,通过母材和淬火斑的纳米压痕试验,获取淬火前后弹性模量和硬度的差异。2)对纳米压痕获取的载荷-位移曲线进行反演分析,确定了淬火斑材料基于幂强化本构模型的材料参数,在此基础上进一步确定了淬火斑材料的Chaboche模型参数...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光淬火道岔正在武汉铁路局安装[9]
图 1-2 5 个不同激光淬火面积比淬火斑分布[9]职亚楠等[18]研究了 U74 钢轨表面激光淬火工艺及其对表面耐磨性能的影响。淬硬层分为表面过热区、均匀相变区和热影响区。淬硬层深度约为 0.5-0.8m度可达 850-1000HV，淬硬层组织主要为马氏体和少量奥氏体。还发现表面激
热到相变点以上形成奥氏体，经随后材料的自身冷却，形成细小马氏体和其他组织的淬硬层，图 2-1 所示是本次激光淬火 U71Mn 钢轨试验样本。图2-1 激光淬火轨面U71Mn热轧钢轨钢的原始组织主要为珠光体，化学成分如表2-1所示。为了研究淬硬层材料的性质，需要对材料进行相关的力学试验，按照试验要求对钢轨试验样本使用线切割机进行取样，分别进行了金相组织分析、单轴拉伸试验和纳米压痕试验。表2-1 U71Mn的化学成分（wt.%）材料 w(C) w(Si) w(Mn) w(P) w(S) w(V) w(Nb)U71Mn 0.65-0.76 0.15-0.35 1.10-1.40 0.03 0.03 0.03 0.012.2 金相组织分析2.2.1 母材金相组织金相组织分析试样需要采用 4%（体积分数）的硝酸酒精腐蚀表面后利用倒置式金相显微镜观察材料的金相。为了研究激光淬火深度对材料性能的影响，本次试验的试样分为沿着钢轨表面的横向切割试样和沿着淬火深度方向切割的纵向切割试样。图 2-2 所示为激光淬火斑与母材交界处的金相呈现情况，其放大倍数为 50 倍，其中图 2-2（a）为横向切割，图 2-2（b）为纵向切割
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢轨表面宽带激光淬火工艺及其疲劳磨损性能[J]. 杨志翔,王爱华,熊大辉,张琨,罗小华. 中国机械工程. 2019(03)
[2]基于纳米压痕试验的316L不锈钢表面钛、TiN薄膜结合性能的有限元模拟[J]. 张星,王鹤峰,袁国政,树学峰. 机械工程材料. 2013(09)
[3]轮轨三维非线性静态接触应力及其影响因素分析[J]. 许贵满,吴亚平,段志东,王良壁. 兰州交通大学学报. 2013(04)
[4]激光淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响[J]. 王文健,刘吉华,郭俊,刘启跃. 材料科学与工艺. 2012(06)
[5]重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究[J]. 周清跃,张建峰,郭战伟,习年生,高新平. 中国铁道科学. 2010(01)
[6]控制车轮与钢轨间摩擦基本特性的评价[J]. 松本耕輔,张唯豪. 国外铁道车辆. 2008(01)
[7]重载铁路钢轨伤损形成分析及对策[J]. 候玉碧. 铁道建筑技术. 2007(S2)
[8]高速与重载铁路钢轨损伤及预防技术差异研究[J]. 刘启跃,王文健,周仲荣. 润滑与密封. 2007(11)
[9]激光淬火技术的应用现状及发展[J]. 王从曾. 机械工人(热加工). 2004(07)
[10]铁路钢轨损伤机理研究[J]. 刘启跃,张波,周仲荣. 中国机械工程. 2002(18)
硕士论文
[1]基于ANSYS的高速列车轮轨接触工况和材料参数研究[D]. 郭佳.华东交通大学 2017
本文编号：2929312
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光淬火道岔正在武汉铁路局安装[9]
图 1-2 5 个不同激光淬火面积比淬火斑分布[9]职亚楠等[18]研究了 U74 钢轨表面激光淬火工艺及其对表面耐磨性能的影响。淬硬层分为表面过热区、均匀相变区和热影响区。淬硬层深度约为 0.5-0.8m度可达 850-1000HV，淬硬层组织主要为马氏体和少量奥氏体。还发现表面激
热到相变点以上形成奥氏体，经随后材料的自身冷却，形成细小马氏体和其他组织的淬硬层，图 2-1 所示是本次激光淬火 U71Mn 钢轨试验样本。图2-1 激光淬火轨面U71Mn热轧钢轨钢的原始组织主要为珠光体，化学成分如表2-1所示。为了研究淬硬层材料的性质，需要对材料进行相关的力学试验，按照试验要求对钢轨试验样本使用线切割机进行取样，分别进行了金相组织分析、单轴拉伸试验和纳米压痕试验。表2-1 U71Mn的化学成分（wt.%）材料 w(C) w(Si) w(Mn) w(P) w(S) w(V) w(Nb)U71Mn 0.65-0.76 0.15-0.35 1.10-1.40 0.03 0.03 0.03 0.012.2 金相组织分析2.2.1 母材金相组织金相组织分析试样需要采用 4%（体积分数）的硝酸酒精腐蚀表面后利用倒置式金相显微镜观察材料的金相。为了研究激光淬火深度对材料性能的影响，本次试验的试样分为沿着钢轨表面的横向切割试样和沿着淬火深度方向切割的纵向切割试样。图 2-2 所示为激光淬火斑与母材交界处的金相呈现情况，其放大倍数为 50 倍，其中图 2-2（a）为横向切割，图 2-2（b）为纵向切割
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢轨表面宽带激光淬火工艺及其疲劳磨损性能[J]. 杨志翔,王爱华,熊大辉,张琨,罗小华. 中国机械工程. 2019(03)
[2]基于纳米压痕试验的316L不锈钢表面钛、TiN薄膜结合性能的有限元模拟[J]. 张星,王鹤峰,袁国政,树学峰. 机械工程材料. 2013(09)
[3]轮轨三维非线性静态接触应力及其影响因素分析[J]. 许贵满,吴亚平,段志东,王良壁. 兰州交通大学学报. 2013(04)
[4]激光淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响[J]. 王文健,刘吉华,郭俊,刘启跃. 材料科学与工艺. 2012(06)
[5]重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究[J]. 周清跃,张建峰,郭战伟,习年生,高新平. 中国铁道科学. 2010(01)
[6]控制车轮与钢轨间摩擦基本特性的评价[J]. 松本耕輔,张唯豪. 国外铁道车辆. 2008(01)
[7]重载铁路钢轨伤损形成分析及对策[J]. 候玉碧. 铁道建筑技术. 2007(S2)
[8]高速与重载铁路钢轨损伤及预防技术差异研究[J]. 刘启跃,王文健,周仲荣. 润滑与密封. 2007(11)
[9]激光淬火技术的应用现状及发展[J]. 王从曾. 机械工人(热加工). 2004(07)
[10]铁路钢轨损伤机理研究[J]. 刘启跃,张波,周仲荣. 中国机械工程. 2002(18)
硕士论文
[1]基于ANSYS的高速列车轮轨接触工况和材料参数研究[D]. 郭佳.华东交通大学 2017
本文编号：2929312
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