U76CrRE重轨钢的滚动接触疲劳/磨损复杂交互行为

为了明确珠光体钢轨在滚动接触疲劳/磨损交互载荷下的伤损及表层微观组织演变规律.本文以轧态、热处理态的珠光体重轨钢U76CrRE为研究对象,采用滚动摩擦磨损试验机、激光共聚焦显微镜(LSCM)、扫描电镜(SEM)、背散射衍射仪(EBSD)对无预制裂纹和有不同深度预制裂纹的钢轨磨损量、表面伤损、变形层、裂纹萌生及扩展进行测定和观察分析,结果表明,当无预制裂纹或预制裂纹深度小于磨损层时,轧态和热处理态钢轨均以磨损失效为主,但轧态钢轨的磨损量及变形层大于热处理态,其近变形层区域珠光体中的铁素体细化,与同样细化成小颗粒的渗碳体杂糅在一起,铁素体晶粒以小角度晶界为主,但随着距表层距离的增加,铁素体晶粒的大角度晶界比例逐渐增加,其裂纹呈现出角度大、深度深和长度小的特点,而热处理态钢轨的裂纹呈现出角度小、深度浅和长度大的特点,裂纹扩展趋势比轧态钢轨显著.当预制裂纹深度大于磨损变形层时,预制裂纹会使钢轨提前结束磨损机制,促进疲劳裂纹的产生并迅速扩展,导致疲劳失效加快,裂纹呈现出角度大、深度深和长度大的扩展趋势,使得轧态和热处理态钢轨均以疲劳失效为主,其中轧态钢轨的裂纹扩展趋势比热处理态显著.当轧态和热处理态钢轨在与硬度较高的车轮钢匹配时,裂纹角度、深度和长度都比与硬度较低的车轮钢匹配时显著.

U75V重轨钢弯曲疲劳裂纹扩展行为

为明确珠光体钢轨的疲劳裂纹扩展行为,测定U75V重轨钢轧态和热处理态两种条件下的三点弯曲疲劳裂纹扩展速率,采用光学显微镜、扫描电镜、EBSD对钢轨的微观组织、片层、断口形貌及裂纹扩展轨迹进行观察。结果表明:轧态和热处理态钢轨的疲劳辉纹平均间距分别为253,215 nm,轧态钢轨的疲劳断口呈现解理台阶与河流花样形貌,且河流花样趋于合并,而热处理态钢轨的疲劳断口呈现大量的解理台阶及较多的微裂纹和撕裂棱,河流花样以支流为主;热处理态钢轨的疲劳裂纹扩展速率远低于轧态,到达裂纹失稳阶段也较滞后;轧态和热处理态钢轨的疲劳裂纹扩展都是以穿晶断裂为主的穿晶断裂和沿晶断裂混合扩展方式进行,轧态和热处理态钢轨的珠光体片层间距分别为272,148 nm,其中热处理态钢轨的珠光体片层细密且方向多样,存在显著的珠光体团簇,裂纹扩展轨迹中出现较多的分支裂纹和裂纹桥接现象,对扩展起到阻碍作用,是热处理态钢轨抗疲劳裂纹扩展能力优于轧态的重要原因。

不同热处理条件下U75V重轨钢的组织及断裂韧性研究

以U75V重轨钢为研究对象,采用万能试验机、应变仪、扫描电镜等测定和分析其在线轧态和在线热处理态条件下的微观组织、断口形貌及三点弯曲断裂韧性,揭示其微观组织对断裂韧性的影响规律,为研究珠光体重轨钢热处理工艺提供参考。结果表明:U75V重轨钢热处理态和轧态的表面应变变化规律相似,但热处理态U75V重轨钢从弹性变形到塑性变形比轧态滞后;热处理态和轧态U75V重轨钢的断裂韧性K_(IC)值分别为45.122、42.048 MPa•m^(1/2),热处理态的断裂韧性比轧态高;轧态U75V重轨钢断口为解理断裂,而热处理U75V重轨钢为准解理断裂;轧态和热处理态U75V重轨钢的珠光体片层间距分别为272.2、148.4 nm,热处理态U75V重轨钢的珠光体片层细密,存在显著的珠光体团簇,不利于裂纹的扩展,使得热处理态U75V重轨钢断裂韧性高于轧态。

轧后不同冷却方式下U76CrRE重轨钢的摩擦磨损性能

以不同冷却方式下的U76CrRE重轨钢为研究对象,采用摩擦磨损试验机、SEM(扫描电镜)、EDX(能谱仪)、CLSM(激光共聚焦显微镜)等测试分析了钢轨在水摩擦、干摩擦、沙摩擦3种条件下的摩擦因数、磨损量、微观组织及磨损面的合金元素成分。结果表明,在相同的磨损时间下,风冷试样的平均摩擦因数比空冷试样的小,且在沙摩擦情况下,风冷试样的磨损量远小于空冷试样;风冷试样经水摩擦后存在少量划痕,出现剥落坑,为分层磨损,干摩擦下存在犁痕,同时在犁脊上出现横裂纹,为氧化磨损,沙摩擦下出现大量的沙粒和磨屑,磨损的最严重,属于磨粒磨损,且空冷试样表面磨痕平整,犁沟更为明显;风冷试样的变形层均小于空冷试样,而且沙摩擦的变形层最大。风冷条件下的U76CrRE重轨钢比空冷条件下具有更好的耐磨性。