激光剥离EA4T钢车轴涂层研究

对光纤激光器剥离EA4T钢车轴表面涂层进行实验研究,对激光剥离涂层的作用机理进行分析。研究功率密度、扫描速度、填充间距等对剥离质量、效率的影响规律。结果表明,进行两次剥离,第一次功率密度为2.25×10^(6)W/cm^(2)、扫描速度为16 m/s、填充间距为0.1 mm。第二次功率密度2.25×10^(6)W/cm^(2)、扫描速度为16 m/s、填充间距为0.2 mm,效率为0.8 m^(2)/h。第一次剥离有油漆残留,第二次剥离可有效剥离油漆涂层,但会使EA4T钢表面产生微熔融,验证并不影响其力学性能。

表面滚压处理对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

表面强化可提高高速列车车轴疲劳性能,延长使用寿命。对广泛应用于高速列车的EA4T车轴钢表面进行滚压处理,使用激光共聚焦显微镜表征表面形貌和粗糙度;借助光学显微镜分析滚压处理前后试样的显微组织,并采用EBSD测试滚压试样表层晶粒尺寸;采用显微硬度计测试强化层显微硬度分布并与未处理试样进行对比,采用X射线衍射残余应力分析仪分析其残余应力分布;基于旋转弯曲疲劳试验和扫描电子显微镜下的断口观测分析试样的疲劳性能。研究结果显示:滚压强化后,试样表层发生塑性变形,表面质量得到改善,且形成厚度约为400μm的硬化层,表层产生纳米晶;显微硬度提高了29%,表面最大残余应力为-576MPa,试样显微硬度和残余应力变化趋势一致,均为从表面向心部减小;滚压试样疲劳强度增幅为28%。试验结果表明,滚压是车轴延长寿命的一种有效方式。

轧制工艺对EA4T车轴钢内部质量的影响

通过超声波探伤、缺陷解剖、低倍检验、光学显微镜金相分析等,探讨轧制工艺对EA4T车轴钢内部质量的影响。结果表明:EA4T车轴钢在相同加热、冷却制度下,采用相同的?1 100 mm开坯机轧制,当轧制道次由17道次减少到15道次,平均压下量增加5.67 mm。超声波探伤超过?2.0 mm平底孔当量的缺陷数量由10个减少到1个,超声波探伤超过?3.2 mm平底孔当量的缺陷数量由3个减少到0个;探伤合格率高15%以上。采用大压下量15道次轧制的EA4T车轴钢,内部缺陷形貌为典型的缩孔残余,疏松孔洞数量少且细小;采用17道次轧制的EA4T车轴钢,内部缺陷为缩孔残余加密集的疏松孔洞。采用大压下量轧制可以有效消除EA4T车轴钢连铸坯的心部缺陷。

滚压工艺对EA4T车轴表面质量完整性的影响及预测模型建立

表面质量完整性是决定车轴使用寿命和机车行驶安全的关键因素,滚压工艺对车轴表面质量完整性产生重要影响。通过EA4T车轴滚压正交试验,研究了工艺参数对表面质量完整性影响规律,建立了滚压表面粗糙度与残余应力预测模型,并进行回归方程方差分析与残差分析,验证了预测模型的有效性。结果表明:工艺参数中进给速度对表面粗糙度和残余应力的作用最为显著,贡献率分别为粗糙度91.70%、周向残余应力48.95%、轴向残余应力48.18%。此外,滚压道次与滚压深度分别对周向和轴向残余应力有较大影响,贡献率分别为39.15%和33.19%;与其它因素相比,滚压速度对表面硬度影响较大,贡献率达到54.7%。

高铁用EA4T车轴钢热变形行为及变形抗力模型的试验研究

试验用EA4T车轴钢(/%:0.26C、0.35Si、0.75Mn、0.011P、0.012S、1.04Cr、0.22Mo)由10 kg真空感应炉熔炼。用Gleeble-1500热模拟试验机对EA4T车轴钢进行高温单道次压缩试验以研究温度(950～1150℃)、应变量(0～0.8)和应变速率(0.1～20 s^(-1))对该钢变形抗力的影响,并建立该钢热变形抗力的数学模型。结果表明,钢种在较高温度和较低应变速率下动态再结晶容易发生,峰值应力(σ_P)、峰值应变(ε_P)和稳态应力(σ_s)与参数lnZ成线性关系;实验钢的峰值与稳态激活能分别为320.22 kJ/mol和361.91 kJ/mol;变形抗力的预测模型与实验所得结果吻合良好。

国产EA4T车轴钢的缺口疲劳性能

在国产EA4T车轴钢上截取光滑和缺口疲劳试样,按照EN13261-2009标准测试了其旋转弯曲疲劳性能,并观察了断口形貌。结果表明:国产EA4T车轴钢的光滑和缺口疲劳强度均满足EN13261-2009的要求,缺口试样的疲劳强度比光滑试样的低30%左右;光滑试样的裂纹萌生于试样表面,呈单源开裂,缺口试样的裂纹萌生于缺口根部,呈多源开裂;未断缺口试样的缺口根部存在非扩展性裂纹。

EA4T车轴车削工艺参数与表面粗糙度关系研究

通过EA4T车轴车削正交试验,研究了工艺参数与表面粗糙度之间的关系,建立了车轴车削表面粗糙度预测模型,并修正了理论表面粗糙度预测公式。研究结果表明:进给速度是影响表面粗糙度的显著因素,预测模型对车削加工表面粗糙度预测效果较好。

EA4T钢热变形行为及组织演变规律研究

通过Gleeble-3200热模拟机对EA4T钢进行热压缩实验,研究了应变速率为0.01~10 s^（-1）,变形温度为950~1150℃条件下,EA4T钢的热变形行为和组织演变。分析其流变曲线发现,EA4T钢的峰值应力随着温度增大而减小,随着应变速率增大而增大,得到该材料在高的温度和低的应变速率条件下容易发生动态再结晶。基于Arrhenius双曲正弦方程建立了EA4T钢的热变形本构方程;运用数值计算方法,确定了EA4T钢的峰值激活能和稳态激活能分别为385.4和395.4 kJ·mol^（-1）;观察温度以及应变速率对试验钢组织演变的影响发现,动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的增加而增大,随着应变速率的增加而减小;通过测量晶粒度,获得动态再结晶晶粒尺寸和Z参数的关系式。

国产高速重载列车车轴用钢EA4T的回火脆性

对EA4T钢进行高温系列回火冲击试验,并对其回火脆性进行了研究。结果表明:EA4T钢在550℃回火时出现冲击功低谷,表现出回火脆性,断口表现为准解理断裂;TEM和DSC研究表明:碳化物在马氏体板条束间的析出可能是EA4T钢550℃回火时冲击功出现低谷的重要原因。

淬、回火参数对250mm×250mm EA4T高速动车轴用钢组织和性能的影响

试验用250 mm×250 mm方坯EA4T车轴用钢（/%：0.23C,0.32Si,0.70Mn,0.014P,0.010S,0.18Mo,0.03V）的生产流程为60 t EBT EAF-LF-VD-8.4 t铸锭轧制-退火工艺。试验研究了880920℃油淬、600650℃回火工艺对该钢组织和力学性能的影响。经920 C＋600℃、920℃＋650℃和880℃＋640℃淬-回火处理后,该钢的组织分别为马氏体、索氏体＋马氏体和马氏体＋贝氏体;880℃＋640℃淬-回火处理后EA4T钢的力学性能为Rp0.2525 MPa,Rm 720 MPa,A5 23%,U-5 mm纵向冲击功6882 J,横向冲击功6586 J,其组织和力学性能均符合EN13261标准要求。

EA4T空心车轴深孔加工刀具磨损特征的研究

EA4T空心车轴的深孔加工存在质量不稳定、断屑排屑困难、刀具成本高、磨损破损严重等问题。本文重点研究了单齿和错齿BTA深孔刀具的磨损特点,分析了涂层BTA刀具的磨损机理,提出了改善BTA深孔刀具非正常磨损的途径。通过大量生产实践表明,改善刀具的非正常磨损能有效提高深孔加工的精度和表面质量,并降低加工成本。

EA4T车轴车削表面完整性研究

基于EA4T车轴车削正交试验,研究了车削加工工艺参数对车轴表面粗糙度、残余应力分布等表面质量完整性的影响规律,并进行了工艺参数优选。研究结果表明:工艺参数对加工表面粗糙度、轴向与周向残余应力产生较显著影响,且工艺参数对表面粗糙度和残余应力具有相似的影响规律,其中进给量是对加工表面完整性影响最显著的因素。

EA4T材料动态力学特性与本构关系模型

EA4T是动车组列车的主要车轴材料,要实现EA4T车轴高效高精度加工,必须研究其切削加工性能。EA4T车轴材料在高温、大应变、高应变率条件下的动态应力应变特征是进行有限元建模和切削仿真的基础,为此,使用分离式霍普金森压杆与微型霍普金森压杆实验系统进行了温度20-800℃、应变率1000-8000s-1范围内材料的动态力学特性测试。结果表明:EA4T车轴材料的最大真实应变可达50%,真实应力随温度的升高而明显减小,并且存在显著的温度软化作用;真实应力随应变率的升高先增大后减小,这是因为在低应变率时存在应变率强化作用、在高应变率时存在应变率软化作用。最后,通过对试验数据的参数拟合改进,建立了高精度的Johnson-Cook本构关系模型。

EA4T钢轴断裂失效及疲劳性能分析

针对EA4T钢电力机车车轴在精加工过程中发生断裂的现象,对其化学成分、力学性能、断口形态和显微组织等进行了相关分析和讨论;还对EA4T钢轴的高周疲劳性能进行了研究,获得了EA4T钢轴的S-N曲线;最后结合ANSYS软件对EA4T钢车轴的疲劳特性进行了分析。

高速重载列车车轴用钢EA4T的低温韧度

将经过高温系列回火的EA4T钢试样加工成夏比V型缺口冲击试样,通过低温系列冲击试验对EA4T钢的低温韧度进行了研究。结果表明,EA4T钢经880℃油淬,650℃回火后的冷脆转变温度为-97.37℃至-117.59℃,且在0℃至-80℃冲击时,其A_(KV)基本高于150 J,断口韧性断裂特征明显,表明EA4T钢具有良好的抗冷脆转变能力。

高铁用进口EA4T钢车轴的组织和力学性能

研究了高铁用进口EA4T钢车轴的显微组织和力学性能,分析了组织和力学性能的均匀性。结果表明:车轴中存在CaS、Al2O3及少量硅酸盐等非金属夹杂物,沿表面至心部夹杂物的数量增多;车轴不同位置的显微组织均为回火马氏体、贝氏体和少量先共析铁素体,自表面向心部先共析铁素体的尺寸增大、数量增多,组织不均匀;车轴的拉伸性能和硬度均满足标准要求,但心部因先共析铁素体含量较多,抗拉强度明显较低;车轴纵向存在带状组织,因此其横向冲击韧性较差;车轴试样的拉伸断口存在较多小而深的韧窝,说明其塑性良好,断裂方式为韧性断裂,而冲击断口存在明显的河流花样和韧窝,断裂方式为脆韧混合断裂。

300mm×300mm EA4T车轴钢坯生产工艺实践

EA4T车轴钢(/%:0.22～0.29C、0.15～0.40Si、0.50～0.80Mn、≤0.020P、≤0.015S、0.90～1.20Cr、0.15～0.30Mo、≤0.06V)采用30 t EBT电弧炉40 t LF/VD-5 t铸锭工艺生产,并经8 MN油压机锻成300 mm x300mm钢坯,锻造比≥9。结果表明,EA4T钢[O]为(12-15)×10^(-6),[H]为(1.2～1.6)×10^(-6),经900～920℃淬火,600～650℃回火后,抗拉强度R_m721~745 N/mm^2,屈服强度R_eh463～470 N/mm^2,伸长率A_5 19.0%～19.5%,纵向冲击功53～73 J,横向冲击功36～41 J,组织为贝氏体一回火马氏体,10~7循环疲劳极限为350 N/mm^2。

EA4T车轴钢中斑点状偏析的原因分析

采用宏观检验、化学成分分析、金相检验、工艺分析以及炉数统计等手段对EA4T车轴钢中存在斑点状偏析的原因进行了分析。结果表明:该斑点状偏析为合金成分正偏析,原料粒度、模温、钢液过热度以及钢锭锥度等冶炼参数不合理是主导因素。

EA4T车轴钢脉冲电流加热带状组织的消除

针对国产EA4T车轴钢存在的带状组织问题,采用脉冲电流加热方法对EA4T车轴钢试样进行试验,并按照热模拟整轴心部冷却曲线进行冷却。结果表明,通过电炉加热和脉冲电流加热的复合处理,可部分消除带状组织,先共析铁素体量明显减少,块尺寸细化,组织均匀性显著提高。

EA4T车轴钢热处理冷却转变特性的研究

本文采用金相分析方法,系统地研究了EA4T钢在不同介质连续冷却、等温冷却下的组织转变。在860℃～920℃加热淬火时,随着加热温度降低,淬火所得的显微组织细小,这种工艺更有利于获得合格的晶粒度;该钢具有很强的贝氏体形成能力,即使空冷也能得到贝氏体组织;此钢在520℃以下等温,可抑制先共析铁素体的析出,得到粒状贝氏体组织,随着等温温度的降低,转变速度加快,在450℃下等温300 s就可得到完全的贝氏体组织。