D2车轮钢原始组织对滑动磨损性能的影响

采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验,研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响.结果表明:以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主,而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄,其内的铁素体细化成纳米晶,粒状渗碳体不发生剪切变形,主要以溶解为主,不易形成较厚的白层,不发生大块剥落现象,提高耐磨性能.

表面超声滚压对D2车轮钢磨损性能的影响

研究表面超声滚压处理对D2车轮钢表层组织及滚动磨损性能的影响,为轨道交通关键材料设计和寿命提供理论和实验依据。对D2车轮钢进行表面超声滚压处理,对比处理前后的两种试样的表面粗糙度,观察两种样品截面的金相组织,对样品表面和截面进行硬度测量。对两种试样进行2×104r磨损实验,重复上述分析方法,比较两种试样的磨损性能并进行分析。结果表明:D2车轮钢经过表面超声滚压处理后表面粗糙度明显降低,表层会出现明显的硬化层,晶粒发生细化。磨损实验后,经表面超声滚压处理后的D2车轮钢摩擦系数较小,在0.5×104r内抗磨损性能得到提升,表层组织发生更剧烈的塑性变形,产生更厚的塑性变形层。

D2车轮钢原始组织对滚动磨损性能的影响

目的研究原始组织对D2车轮钢滚动磨损性能的影响,探索车轮耐磨性(多边化)的科学控制,为轨道交通关键材料设计和伤损控制提供理论和试验依据。方法使用GPM-30摩擦磨损试验机对原始组织分别为片状珠光体+先共析铁素体(P+F)和回火索氏体(TS)的D2车轮钢试样进行干摩擦风冷滚动磨损试验。通过测量磨损量、观察宏观磨损形貌和测量维氏硬度对磨损性能进行评价,通过扫描电子显微镜和光学显微镜对磨损形貌、截面组织进行观察分析。结果 TS试样更容易形成多边化现象,多边化现象的产生会加速试样的磨损。TS试样的磨损量以及磨损速率均高于P+F试样。运行2×10^5转后,P+F试样以及TS试样的表面磨损机制均以粘着磨损和氧化磨损为主,TS试样表面的剥落坑较多且深,粘着磨损程度更严重,粗糙程度更高。TS试样原始硬度较高,硬化幅度较低,约78%。P+F试样虽然原始硬度较低,但其硬化幅度可达95%,磨损后硬度更高,硬化层更厚。结论 TS试样内以铁素体变形细化的硬化效果为主,P+F试样内产生铁素体细化和渗碳体变形共同硬化的效果。在干摩擦滚动磨损条件下,原始组织为P+F的试样在磨损过程中硬化效果更突出,抗多边化能力和耐磨性能更好。

高速动车组D2车轮钢的率温耦合变形机理与本构关系

针对高速铁路轮轨系统高频冲击、摩擦温升和塑性变形等服役条件与力学性能需求,采用Gleeble-3800试验机和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)研究了宽温度(293~873 K)和宽应变率(0.001~2400 s^(–1))范围内高速动车组D2车轮钢的单轴压缩力学性能,分析了其应力-应变响应的应变率敏感性和温度依赖性,揭示了率温耦合作用下D2车轮钢的压缩变形机理与微观组织演化规律,构建了可准确表征D2车轮钢塑性流动行为的修正Johnson-Cook模型.结果表明, D2车轮钢的压缩力学响应具有明显的应变率强化效应和温度软化效应,且受加工硬化、应变率效应、热软化效应和绝热温升等因素的耦合影响.准静态加载下,温度升高会促进D2车轮钢显微组织的动态再结晶和渗碳体片层的弯折、碎裂,甚至溶解,增强其热软化效应;而动态加载下, D2车轮钢的塑性变形随着应变率的增大而加剧,但温度对材料微观组织演变的影响较小.高应变率下产生的高位错密度、晶粒细化、渗碳体片层间距减小,以及回溶碳原子产生的弥散强化效应使得D2车轮钢在高温下仍能保持良好的力学强度.考虑温度和应变率耦合影响的修正Johnson-Cook模型能够准确地预测D2车轮钢的塑性流动应力-应变响应.研究结果可为高速列车轮轨系统服役安全设计和评估提供指导与参考.

D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落

通过对不同转数滑动磨损后的D2高速车轮钢进行表面形貌和微观组织观察与分析,研究白层形成、发展与剥落过程以及他们之间的联系.结果表明:随着滑动磨损转数的增加,试块表面磨损方式由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损,同时在磨损表面形成纳米晶白层.该白层由铁素体纳米晶和极少量渗碳体小颗粒组成,其形成机制属于塑性变形机制.从横截面角度观察,白层的形成过程主要分为五个阶段:1)在磨损犁沟内出现月牙形塑性变形层,铁素体发生细化;2)磨损表面形成相对均匀的严重塑性变形层,渗碳体碎化成短棒状甚至是颗粒状;3)犁沟内形成厚度小于1μm的白层,其内组织为纳米级的铁素体和渗碳体小颗粒;4)犁沟内白层增厚成月牙形;5)相邻犁沟内的月牙形白层相互连接,厚度可达10μm.白层剥落过程如下:主要在脊缘处产生裂纹源,表面裂纹沿着与摩擦力成30°~45°方向向犁沟内扩展并交汇,在表层沿着白层与变形层交界处或白层内部扩展,最后使表层金属分层甚至出现金属薄片(含有白层)剥落.