动车组车轮异常组织特征及成因
发布时间：2021-11-13 00:19
针对存在异常组织的动车组车轮,利用光学显微镜、高分辨透射电镜观察车轮微观组织形貌,利用激光诱导击穿光谱分析仪测试踏面区域合金元素分布,利用JMatPro软件模拟等温转变曲线,利用热膨胀仪实测连续冷却转变曲线,分析异常组织的类型、特征和成因。结果表明:车轮中的异常组织为上贝氏体,呈条带状分布在车轮踏面处,且随着踏面深度的增加,其占比不断减小;车轮局部微区碳元素的严重偏析是导致上贝组织形成的主要原因,它使得等温转变曲线明显向右偏移,增大偏析区域处组织在较高冷速下向贝氏体转变的概率,导致车轮实际生产中更多的贝氏体组织聚集在冷速最高的踏面局部区域;车轮整体过高的钒元素使连续冷却转变曲线发生右移,其中贝氏体转变区右移程度更大,明显降低贝氏体组织转变开始时的冷速,增大实际生产中车轮贝氏体组织的形成深度。
【文章来源】：中国铁道科学. 2020,41(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
金相、LIBS试样取样位置示意图及测试面形貌
采用线切割法在车轮踏面处掏取直径为6 mm、长度为90 mm的2个圆棒试样，该热膨胀试样取样位置如图2所示，借助GLEEBLE-2000D型热膨胀仪对其进行热膨胀试验，按YB/T 5128—2019《钢的连续冷却转变曲线图的测定方法（膨胀法）》，分别测定异常车轮和正常车轮的连续冷却转变曲线（CCT曲线）。从室温开始，以1oC·s-1的升温速度将热膨胀试样加热至1 000oC，保温5 min，待其全部奥氏体化后进行连续冷却，冷却速度为0.1～25oC·s-1。CCT曲线测定后，对特定冷速下试样的显微组织进行金相观察。2 试验结果分析及讨论
异常车轮的显微组织如图3所示。由图3可见：从踏面表层至踏面下10 mm处均可观察到明显有别于基体（正常）组织的带状异常组织分布其中，异常组织的特征与金相磨面显现的白色带状衬度（如图1所示）有着较好的对应，利用image-pro plus组织分析软件，统计得到该异常组织在踏面表层、踏面下5 mm和踏面下10 mm处的占比分别为67%,42%和26%，即异常组织随着踏面深度的增加其占比不断减小，在踏面下15 mm处异常组织基本消失；车轮基体组织由珠光体（P）+先共析铁素体（F）组织构成，珠光体中的渗碳体呈片层状的结构特征；异常组织呈现羽毛状形貌，其渗碳体多以颗粒状和链珠状分布在铁素体中，与珠光体的渗碳体结构完全不同。由异常组织的形貌可以确定该组织为上贝氏体，因其硬度较高、脆性大，塑性较低、韧性差，通常被认为是钢铁材料中的不良组织。它的存在破坏了车轮基体组织（P+F）的连续性，2者在组织结构和性能上的差异，导致在组织边界处易萌生疲劳裂纹，如图3(f）所示，从而加速车轮踏面滚动接触疲劳损伤的出现。2.2 TTT曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]不均匀组织对高速动车组车轮踏面剥离损伤的影响[J]. 张关震,任瑞铭,吴斯,张澎湃,丛韬,赵方伟,高俊莉. 中国铁道科学. 2019(05)
[2]铁路车轮轮辋疲劳裂纹和踏面剥离掉块的微观伤损因素分析[J]. 丛韬,韩建民,张关震,吴斯,张澎湃. 中国铁道科学. 2017(05)
[3]时速250km等级动车组自主化车轮的耐磨性能试验研究[J]. 张关震,任瑞铭,丛韬,张弘,付秀琴. 中国铁道科学. 2017(01)
[4]200～250km/h动车组车轴钢CCT曲线及末端淬透性试验研究[J]. 刘鑫贵,吴毅,孙维,汪开忠. 铁道学报. 2016(05)
[5]Nb对中碳钢相变和组织细化的影响[J]. 吴斯,李秀程,张娟,尚成嘉. 金属学报. 2014(04)
[6]工艺因素和组织对高速动车车轮断裂韧性的影响[J]. 吴斯,李秀程,尚成嘉,韩建生,王群娣. 材料热处理学报. 2012(07)
[7]中低碳齿轮钢中合金元素的偏析行为及其对带状组织的影响[J]. 张延玲,刘海英,阮小江,李国忠,白李国,王福明. 北京科技大学学报. 2009(S1)
[8]新材质重载货车车轮性能研究[J]. 张斌,张弘,付秀琴. 中国铁道科学. 2009(05)
[9]铁路车轮、轮箍踏面剥离的类型及形成机理[J]. 张斌,付秀琴. 中国铁道科学. 2001(02)
本文编号：3491929
【文章来源】：中国铁道科学. 2020,41(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
金相、LIBS试样取样位置示意图及测试面形貌
采用线切割法在车轮踏面处掏取直径为6 mm、长度为90 mm的2个圆棒试样，该热膨胀试样取样位置如图2所示，借助GLEEBLE-2000D型热膨胀仪对其进行热膨胀试验，按YB/T 5128—2019《钢的连续冷却转变曲线图的测定方法（膨胀法）》，分别测定异常车轮和正常车轮的连续冷却转变曲线（CCT曲线）。从室温开始，以1oC·s-1的升温速度将热膨胀试样加热至1 000oC，保温5 min，待其全部奥氏体化后进行连续冷却，冷却速度为0.1～25oC·s-1。CCT曲线测定后，对特定冷速下试样的显微组织进行金相观察。2 试验结果分析及讨论
异常车轮的显微组织如图3所示。由图3可见：从踏面表层至踏面下10 mm处均可观察到明显有别于基体（正常）组织的带状异常组织分布其中，异常组织的特征与金相磨面显现的白色带状衬度（如图1所示）有着较好的对应，利用image-pro plus组织分析软件，统计得到该异常组织在踏面表层、踏面下5 mm和踏面下10 mm处的占比分别为67%,42%和26%，即异常组织随着踏面深度的增加其占比不断减小，在踏面下15 mm处异常组织基本消失；车轮基体组织由珠光体（P）+先共析铁素体（F）组织构成，珠光体中的渗碳体呈片层状的结构特征；异常组织呈现羽毛状形貌，其渗碳体多以颗粒状和链珠状分布在铁素体中，与珠光体的渗碳体结构完全不同。由异常组织的形貌可以确定该组织为上贝氏体，因其硬度较高、脆性大，塑性较低、韧性差，通常被认为是钢铁材料中的不良组织。它的存在破坏了车轮基体组织（P+F）的连续性，2者在组织结构和性能上的差异，导致在组织边界处易萌生疲劳裂纹，如图3(f）所示，从而加速车轮踏面滚动接触疲劳损伤的出现。2.2 TTT曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]不均匀组织对高速动车组车轮踏面剥离损伤的影响[J]. 张关震,任瑞铭,吴斯,张澎湃,丛韬,赵方伟,高俊莉. 中国铁道科学. 2019(05)
[2]铁路车轮轮辋疲劳裂纹和踏面剥离掉块的微观伤损因素分析[J]. 丛韬,韩建民,张关震,吴斯,张澎湃. 中国铁道科学. 2017(05)
[3]时速250km等级动车组自主化车轮的耐磨性能试验研究[J]. 张关震,任瑞铭,丛韬,张弘,付秀琴. 中国铁道科学. 2017(01)
[4]200～250km/h动车组车轴钢CCT曲线及末端淬透性试验研究[J]. 刘鑫贵,吴毅,孙维,汪开忠. 铁道学报. 2016(05)
[5]Nb对中碳钢相变和组织细化的影响[J]. 吴斯,李秀程,张娟,尚成嘉. 金属学报. 2014(04)
[6]工艺因素和组织对高速动车车轮断裂韧性的影响[J]. 吴斯,李秀程,尚成嘉,韩建生,王群娣. 材料热处理学报. 2012(07)
[7]中低碳齿轮钢中合金元素的偏析行为及其对带状组织的影响[J]. 张延玲,刘海英,阮小江,李国忠,白李国,王福明. 北京科技大学学报. 2009(S1)
[8]新材质重载货车车轮性能研究[J]. 张斌,张弘,付秀琴. 中国铁道科学. 2009(05)
[9]铁路车轮、轮箍踏面剥离的类型及形成机理[J]. 张斌,付秀琴. 中国铁道科学. 2001(02)
本文编号：3491929
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