预制表面梯度应变层增强高铁制动盘的耐磨性能

随着客运铁路高速化,列车制动盘的磨损日益加剧,严重威胁列车服役的安全性。为了提高低碳马氏体钢制动盘的耐磨性,采用表面机械研磨处理(SMAT)技术在材料表面制备梯度组织,进而延长材料的服役寿命。结果表明:经SMAT处理后,样品表面形成厚约180μm的梯度应变层,切应变沿深度呈梯度分布。板条马氏体被挤压成塑性流线,在最表层形成亚微米晶和条状结构。微米划痕试验发现,样品表层材料的硬化率和摩擦性能随着深度呈梯度变化,耐磨性相比基体增强了1.2倍。在循环应力作用下,靠近样品表面的马氏体晶粒被细化,最表层材料的位错密度比基体提高了14.6倍,从而提高了制动盘钢的表面硬度和耐磨性。此外,与其他铁路耐磨材料相比,样品表现出较高的应变硬化速率。研究成果可为制动盘梯度应变层的工程应用提供参考。

低温环境下实验数据可视化的高铁制动摩擦虚拟仿真平台开发

随着计算机虚拟仿真技术的高速发展,虚拟仿真技术运用到高铁、交通、车辆等实验相关领域的需求日益增加。为解决高铁制动实验成本过高、实验安全及数据不具备可视性等问题,该文以Unity3D为开发平台,设计了一套不同环境温度下高铁制动盘摩擦磨损虚拟仿真实验平台。研究内容以SolidWorks、3dsMax等模型设计软件为基础搭建实验场景与机械结构,而Unity3D引擎用于UI设计并结合C#语言进行逻辑编写与功能实现,从而实现了一个高铁制动摩擦仿真实验数据可视化平台,使用户能够直观地分析不同环境条件下的制动盘磨损情况。

Cr-Mo-V高铁制动盘用钢的奥氏体晶粒长大行为

研究了在不同加热温度和保温时间下Cr-Mo-V系制动盘用钢的奥氏体晶粒长大行为,并采用光学显微镜以及截距法分析了加热温度和保温时间对钢的奥氏体晶粒尺寸和分布的影响。依据Thermo-Calc热力学计算软件计算了试验钢在400~1600℃范围内的析出相以及析出相的元素组成。结果表明:随着加热温度的升高,奥氏体晶粒尺寸不断增加,在850~900℃范围内,钢的奥氏体晶粒尺寸增长缓慢,晶粒较细小,950℃时奥氏体晶粒出现了异常长大现象,随后奥氏体晶粒快速长大。随着保温时间的延长,奥氏体晶粒尺寸也不断增加,但保温时间对奥氏体晶粒尺寸的影响比奥氏体化温度对奥氏体晶粒的影响小。结合扫描电镜分析,确定了本试验钢晶界处的析出相为V(C,N)。根据Sellars模型,确定了Cr-Mo-V试验钢的晶粒长大模型。

低温环境对高速列车制动盘材料疲劳裂纹扩展性能影响研究

为研究低温环境对高速列车制动盘材料疲劳裂纹扩展性能的影响,进行了-40℃、-20℃、0℃、室温(20℃)下高铁制动盘特种铸钢材料的拉伸、疲劳裂纹扩展速率试验,对不同温度下高铁制动盘材料力学性能、疲劳裂纹扩展速率性能及其断口形貌进行了分析。研究结果表明:温度的降低对高铁制动盘材料力学性能以及疲劳裂纹扩展性能有显著影响。与室温相比,随着温度的降低,高铁制动盘材料的弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度等力学性能参数呈增大趋势。在疲劳裂纹扩展稳定阶段,随着温度的降低,疲劳裂纹扩展速率变小,但随着ΔK的提高,低温对材料疲劳裂纹扩展速率的抑制作用减弱。通过断口分析发现,随着温度的降低,疲劳裂纹扩展极可能由韧性断裂向脆性断裂转变。

超高速激光熔覆Ni625/WC复合涂层的耐磨性能

目的 提高高铁制动盘用24CrNiMo铸钢的耐磨性和高温性能。方法 在24CrNiMo铸钢表面,通过超高速激光熔覆技术,制备Ni625/碳化钨(WC)复合涂层,并设计多层梯度熔覆,使得WC颗粒在涂层中呈均匀分布。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析涂层的物相组成、微观组织结构和元素分布。分别采用显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维形貌仪等测试涂层的硬度、室温及600℃的摩擦系数和耐磨性,分析涂层的摩擦磨损机理。通过同步热分析仪(TGA-DSC)测试涂层的抗高温氧化性能和组织的高温稳定性能。结果 涂层主要由γ-Ni固溶体、WC以及含W增强相W2C和M23C6等组成。WC分布较为均匀,涂层平均显微硬度达440HV0.2~610HV0.2,是基体硬度的1.25~1.7倍。在室温条件下,体积磨损率仅为基体24CrNiMo铸钢的4.2%~20.8%,摩擦系数略低于基体;在600℃条件下,体积磨损率为基体24CrNiMo铸钢的80.1%~180.8%,摩擦系数高于基体,且稳定性好,熔覆涂层显著提高了24CrNiMo铸钢基体的耐磨性。磨痕分析表明,涂层在室温下主要为磨粒磨损,600℃下除了磨粒磨损之外,并还伴随着轻微的氧化磨损,其中复合涂层S3的性能最佳。结论 在以高速强力磨损为主的工况下,Ni625/WC复合涂层具有优异的耐磨性能和抗高温氧化性能,球形WC颗粒在提高涂层耐磨方面发挥了重要作用。

选区激光熔化24CrNiMoY合金钢组织演化与力学性能

目的为了获取具有高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢,用选区激光沉积(SLM)方法进行打印。方法以24CrNiMoY合金钢粉末为材料,当搭接宽度为0.09 mm、扫描角度为67°、扫描线长度为10 mm、扫描速度为1000 mm/s时,在能量密度分别为102、116、129、142 J/mm3条件下打印合金钢样品,采用金相、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及拉伸试验等分析手段,对制备样品的微观组织和力学性能进行研究。结果在所采用的能量密度范围内,SLM制备24CrNiMoY合金钢的显微组织主要是板条马氏体组织,随着能量密度的增加,样品内部的气孔缺陷先减少后增加,硬度和拉伸性能以及冲击韧性呈现先升高后降低的趋势。在能量密度为116 J/mm3时,打印合金钢样品具有最优的综合力学性能,致密度为99.53%,硬度为(388±5.9)HV0.2,抗拉强度为(1210±11)MPa,屈服强度为(1124±10)MPa,断后伸长率为(6.2±0.4)%,冲击韧性为80 J/cm2。结论在SLM打印24CrNIMoY合金钢样品中,较高的致密度及精细的板条马氏体是合金钢样品具有良好力学性能的关键要素,该研究可为SLM打印高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢制动盘零件提供重要参考。

选区激光熔化24CrNiMoY合金钢组织与强韧性的匹配关系

基于选区激光熔化(SLM)技术制备强韧性匹配合金钢高铁制动盘应用需求,文中采用全自动SLM成形系统制备24CrNiMoY合金钢样品,通过研究81~111 J/mm^(3)不同能量密度对合金钢样品的微观组织与力学性能的影响,揭示合金钢样品组织与强韧性的匹配关系。研究结果表明:激光能量密度对成形合金钢样品的组织与性能具有重要影响,样品微观组织主要由下贝氏体与粒状贝氏体及少量铁素体组成;当激光能量密度为89 J/mm^(3)时,制备的SLM 24CrNiMoY合金钢样品具有最优的强韧性匹配关系,样品显微组织中下贝氏体、粒状贝氏体与铁素体含量分别为88%,11%与1%,其抗拉强度为1234 MPa,断后伸长率为9.2%,强塑积为11.4 GPa%。制备样品具有强韧性匹配的主要决定因素是形成了均匀的不同比例的下贝氏体与粒状贝氏体及铁素体等组织,通过调控激光能量密度,获得尽可能多的下贝氏体组织,11%~15%的粒状贝氏体组织与1.5%以下的铁素体组织时,能够制备出具有高强韧性的SLM 24CrNiMoY合金钢样品。该方法为SLM制备具有良好强韧性匹配的24CrNiMoY制动盘样品提供了重要参考。