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《大连交通大学》 2018年
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D2车轮钢摩擦磨损过程中表层组织及疲劳性能研究

刘春鹏  
【摘要】:随着我国高铁的迅速发展,列车速度的不断提高。车轮的疲劳失效是车轮主要失效形式之一。车轮运行过程中表层组织改变是造成车轮疲劳失效原因之一。因此研究车轮钢摩擦磨损过程表层组织演变和疲劳性能对优化车轮加工工艺设计有重要意义。使用磨损试验机研究了纯滚动、0.5%滑差和纯滑动条件下D2车轮钢表层组织演变及疲劳性能研究以及预磨损对D2车轮钢滚动接触疲劳寿命影响。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜附带EBSD、LECIA显微镜、i-XRD残余应力测试仪和显微硬度计对磨损后试样表层微观组织和疲劳裂纹进行系统分析。纯滚动条件下表面组织和硬度在8×104转时就基本上达到了稳定状态,而0.5%滑差条件的表面组织和硬度在7×103转时就已经基本达到了稳定状态。在这一稳定状态形成过程中,无论是否存在滑差,表层组织中的片状珠光体都是随着磨损的进行其片层方向逐渐平行于摩擦表面,进而发生部分渗碳体片的断裂和溶解,只是存在滑差时这一过程进行得更快,硬化的本质与珠光体片间距的减小和先共析铁素体的细化机理相吻合。随着转数增加表层组织塑性变形越来越剧烈,表面的磨损机制为疲劳磨损,滑差条件会增加接触面的摩擦应力,从而加速表层形成疲劳磨损,疲劳裂纹主要在表面珠光体和先共析铁素体界面形成。在空气中干摩擦条件下的预磨损,会提高随后在油润滑条件下的接触疲劳寿命。经1×104次和3×105次预磨损试样的接触疲劳寿命比原始机械加工试样,接触疲劳寿命分别提高到了 2倍和7倍。微观分析表明,预磨损不仅去除了机加工表面的机械损伤层,降低了表面粗超度,而且在表层形成了一定厚度细晶层,发生了明显的强化,而且在表面形成了压应力层,从而起到了抑制疲劳裂纹形成,提高接触疲劳寿命的作用。滑动磨损过程中车轮试样表层组织变形层厚度和显微硬度随着转数增加而逐渐增加。变形层内渗碳体发生碎化,铁素体晶粒发生细化,形成小角度晶界,铁素体晶粒主要在110晶向形成织构。距离表面越近,铁素体的晶粒逐渐发生细化,大角度晶界的比例逐渐增多。最表层形成厚度约为十几微米的断续白层,其硬度高达850HV。随着滑动磨损转数增加,试样表面裂纹逐渐严重,滑动磨损形成的裂纹萌生于表面,沿白层与变形层界面扩展。
【学位授予单位】:大连交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG142.1;U279

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