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辙叉用贝氏体钢的氢脆特性及失效机理研究

郑春雷  
【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。


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