CL60车轮运行失效后组织性能及喷丸强化研究

发布时间：2017-09-14 18:33

  本文关键词：CL60车轮运行失效后组织性能及喷丸强化研究

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【摘要】：铁路在我国的运输系统中起着不可替代的关键作用,其中车轮作为铁路运输系统中的重要组成部分,对于铁路系统的正常运行有着重大的影响。随着我国重载与高速铁路的快速发展,车速的提高以及轴重的增大,都会导致车轮的服役环境逐步恶化,由于滚动接触疲劳导致的表面剥离和磨损变得越来越严重,如何避免车轮的损伤以及提高车轮钢的抗疲劳破坏能力已经成为了困扰铁路工作者的重要问题。本试验将不同时间喷丸处理后的CL60钢与实际运行致失效后的CL60车轮钢表层变形区的组织和硬度进行对比研究,在对车轮用钢喷丸强化处理的可行性进行探讨的同时,研究实际失效车轮表面白层的组织结构及形成机理。喷丸试验采用直径1mm的钢丸以45m/s的速度进行不同时间的喷丸处理,分析其表面粗糙度、应力、组织和硬度随喷丸工艺的变化。试验结果表明:失效后车轮表层均存在不同程度的损伤;其中损伤较轻的是踏面内侧区,主要由塑性变形组织构成,硬度大约为380HV,变形层厚度约为100μm;损伤较重的踏面中部区和轮缘区表层由不连续的白层和塑性变形区构成,白层由马氏体组织构成,其硬度可以达到约900HV;白层区渗碳体片发生断裂碎化并固溶到基体中,形成许多直径约为50nm~200nm的细小晶粒,并在外加塑性变形的作用下,在晶粒表面形成滑移带;经过喷丸处理后试样表面粗糙度均低于4.9μm,符合车轮服役规范;喷丸后试样表层会产生厚度约为400μm的随深度变化的残余压应力,喷丸处理2min时最大应力可达762MPa;硬度随喷丸处理时间的增加而逐渐提高,喷丸30min后表层硬度约为375HV,喷丸360min后表层硬度最高,可达到约480HV,硬化层厚度在喷丸60min时达到饱和,约为130μm;喷丸处理后车轮钢表层渗碳体变化形式与实际失效车轮塑性变形区的变化形式基本相同;铁素体明显细化,喷丸处理180min时表层部分铁素体晶粒会细化至70nm。喷丸处理60min~180min可以在表层无损伤的情况下,有效提高硬度,为喷丸处理的最佳工艺;白层的形成机制为温度和塑性变形的综合作用机制;白层为马氏体以及残余奥氏体等组成的混合组织。
【关键词】：CL60钢 高能喷丸 白层 机制 硬度
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U270.33;TG668
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 前言10-11
• 1.2 常用车轮材料11-17
• 1.3 车轮的基本受力状态17-18
• 1.4 车轮踏面的主要失效形态18-20
• 1.5 车轮踏面白层的研究20-23
• 1.5.1 白层研究现状20-21
• 1.5.2 白层的性能研究21-22
• 1.5.3 白层形成机制研究22-23
• 1.6 高能喷丸处理与踏面白层的关系23
• 1.7 本文研究的意义23-25
• 第二章 试验材料与方法25-29
• 2.1 试验材料25
• 2.2 试验方法25-28
• 2.2.1 显微组织观察25
• 2.2.2 高能喷丸处理25-26
• 2.2.3 表面残余应力测量26
• 2.2.4 表面剥落以及粗糙度测量26-27
• 2.2.5 硬度的测试方法27
• 2.2.6 X-射线衍射分析27
• 2.2.7 透射电镜观察27-28
• 本章小结28-29
• 第三章 试验结果和分析29-63
• 3.1 失效车轮分析29-40
• 3.1.1 表面形貌分析29-30
• 3.1.2 不同区域显微组织分析30-38
• 3.1.3 不同区域显微硬度分析38-40
• 3.2 高能喷丸处理试验40-59
• 3.2.1 高能喷丸处理后粗糙度及剥落分析40-44
• 3.2.2 高能喷丸处理后残余应力分析44-45
• 3.2.3 高能喷丸处理后硬度分析45-46
• 3.2.4 高能喷丸处理后显微组织分析46-54
• 3.2.5 X-射线衍射分析54-55
• 3.2.6 透射电镜观察及分析55-58
• 3.2.7 车轮钢喷丸强化处理可行性分析58-59
• 3.3 车轮表面白层形成机理分析59-62
• 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文68-69
• 致谢69-70

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本文编号：851642