收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

城市轨道交通车轮用球墨铸铁材料制备及性能研究

张华  
【摘要】:随着城市轨道交通的快速发展,车轮作为行走的关键部件,其需求量也在逐年迅速增加。因此,开发满足城市轨道交通运输“低速轻载”特殊要求的车轮对我国城市轨道交通的发展具有重要意义。球墨铸铁材料凭借其综合力学性能高、耐磨性好、良好的机械加工性能和较低的制造成本等优点作为结构材料已经被广泛地使用。因此,开发能够满足城市轨道交通安全性、舒适性、经济型要求,且综合性能优越的新型球墨铸铁车轮,有着极其重要的意义。本论文主要以开发应用于城市轨道交通车轮的新型球墨铸铁材料为目标,建立一条小尺寸试样热态试验和全尺寸车轮数值模拟相结合的技术路线,探明球墨铸铁成分、组织和性能的内在联系,以此研究城市轨道交通车轮用球墨铸铁的材料设计和制备工艺,并研究其具体运行环境下的磨损行为。首先,通过FactSage热力学软件和正交实验设计合金化球墨铸铁车轮材料的合金成分,研究硅,铜,镍等合金元素对其基体组织的作用规律。在此基础上,进一步研究合金化球墨铸铁的力学性能和干态滚滑复合摩擦磨损性能。研究表明:适当合金元素的添加可以获得不同铁素体和珠光体含量的基体组织,其竞争转变主要与共析转变时碳元素的扩散有关。此外,力学性能主要取决于基体组织中珠光体的含量,随着珠光体含量的增加,硬度、抗拉强度和屈服强度都逐渐增大而延伸率相应降低。在干态滚滑复合摩擦磨损的条件下,磨损机制主要为滚动接触疲劳磨损。根据性能检测结果,含有80%珠光体组织的合金化球墨铸铁拥有676MPa的抗拉强度,8.6%的延伸率和11μg/m的平均磨损速率,显示出优异的磨损性能和相对合理的力学性能,表明其作为城市轨道交通车轮替代材料的潜力。其次,通过两相区等温淬火热处理工艺制备双相等温淬火球墨铸铁车轮材料,分别研究等温淬火时间、等温淬火温度以及两相区退火温度等参数对基体组织的作用规律。在此基础上,进一步研究其力学性能和干态滚滑复合摩擦磨损性能。研究表明:等温淬火时间太短会生成马氏体,而过长会生成碳化物,最佳的等温淬火时间为(20~60)min;等温淬火温度主要影响中温转变时碳元素的扩散速率以及贝氏体铁素体的转变动力学进程;随着两相区温度的升高,先共析铁素体含量显著减小而奥铁体含量增大,富碳残余奥氏体含量也随之增大。此外,双相等温淬火球墨铸铁的力学性能相对于合金化球墨铸铁得到了较大改善;低的等温淬火温度导致抗拉强度和屈服强度的增大以及延伸率的降低;随着两相区退火温度的升高,抗拉强度和屈服强度稳定增加,延伸率则逐渐减小,而冲击韧性在两相区退火温度为810℃时出现极大值。在干态滚滑复合摩擦磨损的条件下,磨损机制主要为滚动接触疲劳磨损。根据性能检测结果,含有20%先共析铁素体和80%奥铁体基体组织的双相等温淬火球墨铸铁表现出优异的力学性能和磨损性能组合,包括746 MPa的抗拉强度、14%的延伸率以及125 J的冲击韧性和15μg/m的平均磨损速率,表明其作为城市轨道交通车轮替代材料的潜力。基于上述研究结果可以发现,合金化球墨铸铁尤其是双相等温淬火球墨铸铁可以成为城市轨道交通车轮替代材料。因此,结合小尺寸试样热态试验和全尺寸车轮数值模拟的手段,进一步探讨和优化全尺寸球墨铸铁车轮的制备工艺。研究表明,采用封闭雨淋式浇注系统、小冒口和冷铁的合理布置可以实现车轮铸件同时凝固的铸造工艺,降低铸件的铸造缺陷,显著提高车轮铸件质量。根据热态试验和数值模拟结果,分别建立了全尺寸球墨铸铁车轮铸态组织中石墨相预测模型、基体组织预测模型以及两相区等温淬火基体组织预测模型,并对全尺寸球墨铸铁车轮的组织分布进行了预测。可以发现,车轮铸件由于同时凝固的铸造工艺设计,其石墨相在基体中分布较为均匀;铸态基体组织沿车轮径向表现出现珠光体含量增大的现象;两相区等温淬火基体组织存在一定的淬透深度,无法得到全部的双相等温淬火球墨铸铁组织,轮毂和轮辋的中心等位置出现了先共析铁素体、珠光体以及奥铁体的混合组织,从而导致其力学性能降低,但仍高于合金化球墨铸铁的力学性能,对车轮实际使用的影响不大。综上所述,本论文对新型球墨铸铁材料的铸造和热处理过程中的关键问题进行了研究,开发了合金化球墨铸铁和双相等温淬火球墨铸铁两类城市轨道交通车轮材料,并探讨优化了全尺寸球墨铸铁车轮的制备工艺,为新型球墨铸铁车轮的开发和应用提供了较为完整的理论依据和实验基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 李金龙;;城市轨道交通综合运行管理平台的发展趋势[J];城市轨道交通研究;2018年S2期
2 王奇珍;朱英明;刘增祥;;城市轨道交通提升南京江北新区竞争力研究[J];城市公共交通;2015年12期
3 金晓凤;;大数据时代城市轨道交通的创新与发展[J];科技风;2019年10期
4 李伟华;陈玉玲;;城市轨道交通运行管理[J];传播力研究;2019年04期
5 徐志超;许树生;;城市轨道交通协同发展路径[J];中国投资(中英文);2019年07期
6 李明;王海霞;;从供需角度分析城市轨道交通相关规划的编制[J];都市快轨交通;2019年02期
7 ;中国城市轨道交通协会二届四次理事会暨第三次常务理事会在北京召开[J];现代城市轨道交通;2019年04期
8 聂振宇;;对当前形势下城市轨道交通大规模建设的思考[J];四川建材;2019年04期
9 魏栋;;浅谈城市轨道交通发展现状及解决对策[J];城市建设理论研究(电子版);2018年31期
10 黄妍;;浅议城市轨道交通综合开发的途径和前景[J];铁道勘测与设计;2007年02期
11 ;促进城市轨道交通健康发展的措施[J];中国建设教育;2009年05期
12 ;《中国城市轨道交通年鉴》征稿[J];广东交通;2010年03期
13 ;我国机械、家电行业2015年需求钢铁预测[J];涟钢科技与管理;2015年03期
14 郑国栋;;城市轨道交通企业可持续发展的思考[J];公用事业财会;2012年04期
15 范永光;;城市轨道交通项目中的限界设计[J];铁道勘测与设计;2005年01期
16 ;发改委批复43个城市8600公里城市轨道交通项目[J];现代焊接;2016年10期
17 ;成都市人民政府关于推动城市轨道交通加速成网建设计划的实施意见[J];成都市人民政府公报;2015年10期
18 ;《城市轨道交通研究》2018年总目次[J];城市轨道交通研究;2018年12期
19 ;《现代城市轨道交通》2018?年总目录[J];现代城市轨道交通;2018年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘阳学;白丽;张铭;;城市轨道交通工程建设应急桌面演练系统研究[A];第十一届中国智能交通年会大会论文集[C];2016年
2 郑成斌;陈德旺;张春阳;;城市轨道交通自动控制算法研究综述[A];第十四届中国不确定系统年会、第十八届中国青年信息与管理学者大会论文集[C];2016年
3 张超;;城市轨道交通工程测量信息化管理的研究与应用[A];第四届全国智慧城市与轨道交通学术会议暨轨道交通学组年会论文集[C];2017年
4 陈沛睿;;浅析城市轨道交通网络化运营管理[A];第四届全国智慧城市与轨道交通学术会议暨轨道交通学组年会论文集[C];2017年
5 ;新风光:城市轨道交通科技创新成果获国家专利[A];《高速铁路与轨道交通》专享版2017年6月[C];2017年
6 王术合;刘斌;朱晓军;;城市轨道交通新型杂散电流治理方案探讨[A];《电气化铁道》2016年增刊[C];2016年
7 焦清杰;;地下水对城市轨道交通工程建设的不良作用分析[A];中国铁道学会铁道工程分会工程地质与路基专业委员会第25届年会暨学术交流会论文集[C];2016年
8 赵玲;;国内首部《城市轨道交通机电设备系统调试》由中国铁道出版社出版发行[A];高速铁路与轨道交通(证券版)[C];2016年
9 郑习羿;王辉;;城市轨道交通工程总体工程筹划[A];2015中国(天津)区域轨道交通发展及装备关键技术论坛暨第24届地铁学术交流会论文集[C];2015年
10 王红艳;霍苗苗;张骄;李熙;;城市轨道交通关键设备在线监测与智能诊断系统设计研究[A];智慧城市与轨道交通2016[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张华;城市轨道交通车轮用球墨铸铁材料制备及性能研究[D];上海大学;2018年
2 刘美银;可持续发展视角下的城市轨道交通定价方法研究[D];长安大学;2018年
3 申犁帆;基于城市轨道交通通勤的职住关系研究[D];武汉大学;2018年
4 刘杰;城市轨道交通齿轮箱润滑性能研究[D];机械科学研究总院;2018年
5 信心;我国城市轨道交通产业安全评价体系研究[D];北京交通大学;2017年
6 申晓鹏;城市轨道交通碳减排测算理论与应用研究[D];北京交通大学;2018年
7 李涛;基于耗散结构的城市轨道交通司机胜任素质熵变机理与应用研究[D];北京交通大学;2015年
8 徐宗祥;湖南城市轨道交通产业投资的产业关联效应研究[D];中南大学;2012年
9 张育南;北京城市轨道交通与城市空间整合发展问题研究[D];清华大学;2009年
10 孔玮;城市轨道交通直流牵引系统故障分析及若干问题的研究[D];华北电力大学(北京);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孔祥艳;城市轨道交通PPP模式应用研究[D];山东财经大学;2017年
2 王浩;城市轨道PPP项目融资策略的研究[D];对外经济贸易大学;2017年
3 耿螣川;InSAR技术在深圳市城市轨道交通变形监测的应用[D];辽宁工程技术大学;2017年
4 邱玮婷;资产证券化模式下城市轨道交通PPP项目融资风险动态评价研究[D];青岛理工大学;2018年
5 有维宝;基于Shapley值的城市轨道交通PPP项目收益分配研究[D];青岛理工大学;2018年
6 谢飞;基于ISM-ANP-Fuzzy的城市轨道交通PPP项目界面风险评价研究[D];青岛理工大学;2018年
7 谢帅虎;LTE-M系统可靠性研究及综合承载测试与分析[D];青岛理工大学;2018年
8 刘芳梦;城市轨道交通PPP项目全生命周期绩效评价研究[D];青岛理工大学;2018年
9 刘志鹏;城市轨道交通系统运营能耗研究与节能优化[D];东南大学;2018年
10 祝蕾;基于复杂网络理论的城市轨道交通应急救援站选址研究[D];东南大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 杨学义;“地下城”入口安检的隐忧[N];工人日报;2016年
2 本报记者 张林;中国轨道交通建设面临城市功能挑战[N];科学时报;2011年
3 本报记者 张林;国外城市轨道交通:长于规划、精于运营管理[N];科学时报;2011年
4 兰州日报社全媒体记者 张万宏;兰州市城市轨道交通票制票价听证会昨举行[N];兰州日报;2019年
5 兰州日报社全媒体记者 张万宏;兰州城市轨道交通按里程分段计价[N];兰州日报;2019年
6 记者 毛剑;加快推进城市轨道交通安全运行优质服务高质量发展[N];中国交通报;2019年
7 ;西安市城市轨道交通条例[N];西安日报;2019年
8 中国国际工程咨询有限公司 赵东;促进城市轨道交通规范有序发展[N];经济日报;2019年
9 ;省人大常委会关于批准《杭州市城市轨道交通管理条例》的决定[N];浙江日报;2018年
10 本报记者 袁琳;城市轨道交通已成缓解拥堵首选[N];中国改革报;2019年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978