辙叉用贝氏体钢的氢脆特性及失效机理研究

发布时间：2020-07-06 16:17

【摘要】： 本文的研究目的是为了解决铁路上广泛使用的贝氏体钢辙叉的提前失效问题以及其失效机制,从而提高贝氏体钢辙叉的使用寿命以及铁路系统运行安全性,为铁路行业标准提供有力的基础数据依据。 本文以铁路上广泛使用的含Mo贝氏体钢辙叉以及我们研发的含W贝氏体钢辙叉为研究对象,通过电解充氢,使试验用钢中含有不同的氢含量,通过慢应变速率拉伸试验方法,研究了这两种贝氏体钢的氢脆敏感性,从而求出这两种钢无氢脆的临界氢含量,并运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究了这两种钢氢脆敏感性不同的原因。此外,运用纳米压痕及划痕以及穆斯堡尔谱等试验方法,研究了贝氏体钢辙叉提前失效的形式以及原因,并对其失效机理进行了探讨。 研究结果表明:这两种钢都是对氢敏感的钢种,而且含Mo钢的氢脆敏感性比含W钢的高;含Mo钢的无氢脆临界氢含量为0.6 ppm,而含W钢为0.7 ppm;贝氏体钢辙叉失效形式是磨损、脆性裂纹及疲劳剥落;失效辙叉表面裂纹是接触疲劳所致,而次表面裂纹是接触疲劳和氢共同作用的结果,裂纹沿变形组织扩展。贝氏体钢辙叉在服役过程中表面形成非晶,亚表面形成纳米晶。亚表面纳米晶层的纳米硬度和摩擦系数高于基体,而弹性模量则低于基体,从而提高辙叉的耐磨性能。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG142.15
【图文】：

无碳化物贝氏体钢所具有的优良的强韧性能与其成份和内部组织结构有关。含硅贝氏体钢奥氏体化后自高温空冷时，在奥氏体晶粒内先析出一定量的无碳化物贝氏体，该贝氏体分割原有奥氏体从而使组织得到细化；另外，由于添加了适量非碳化物形成元素硅，可在贝氏体相变时阻止碳化物的析出，也可以在回火时阻止碳化物的析出，使贝氏体周围的奥氏体成为富碳奥氏体，并使之稳定的保留到室温，形成了一定厚度的残余奥氏体膜[48]。残余奥氏体膜不仅可以消除组织中碳化物的危害，还可以细化组织，稳定的残余奥氏体可以增加钢的强韧性[49]。此外，Si 的加入，也使钢的第一类回火脆性出现的温度范围升高,改善贝氏体钢抗延迟断裂性能和疲劳性能[48,50,51]。含 W 钢和含 Mo 钢的未充氢得金相组织如图 3-12 所示。由图可见，含 W 钢比含 Mo 钢的组织要细小得多。ba

表明是韧性断裂；而氢含量为 2.3 ppm 的试样的断口都为理形貌，有少量的撕裂棱，并伴有沿晶特征，此外还有许多的二次裂次裂纹则沿着晶界扩展，另外，由宏观断口观察可知，当氢含量大于m 时，已经没有明显的杯状纤维区，也无颈缩现象，表现为脆性断裂且断裂面与拉应力方向成 45°角，可见，充氢后，当氢含量达到一定程，氢的存在降低了剪切力，从而使试样沿着剪切面断裂。ba

TEM分析

【引证文献】

相关博士学位论文 前1条

1 张朋;合金钢表面纳米贝氏体化的组织和性能研究[D];燕山大学;2012年

相关硕士学位论文 前1条

1 但锐;氢与残余奥氏体对贝氏体钢磨损和滚动接触疲劳行为的影响[D];燕山大学;2012年

本文编号：2743860