车轮钢ER8在中性NaCl溶液中的电化学腐蚀行为

为研究ER8车轮钢在沿海中性氯盐环境下的腐蚀行为,通过电化学测试、腐蚀失重试验,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)技术对ER8车轮钢在3种不同浓度中性NaCl溶液中的电化学腐蚀行为进行分析。极化曲线结果表明浸泡初期5.0%NaCl浓度下自腐蚀电流密度(Jcorr)最大,576 h后Jcorr在2.0%、3.5%NaCl浓度下均持续增大,腐蚀速率在2160 h时均大于0.12 mm/a。SEM结果显示腐蚀产物形貌主要为片状与团簇状结构,初期腐蚀产物形貌具有较多孔隙,难以阻碍Cl-与基体发生反应,2160 h时腐蚀产物结构更为均匀致密。XRD结果表明腐蚀产物主要由γ-FeOOH、α-FeOOH与Fe3O4组成。

Mo含量对ER8材质车轮组织性能的影响

研究了Mo含量对高速动车组用ER8材质车轮组织性能的影响,以寻求提升车轮综合性能的新途径。结果表明:在EN 13262:2020标准规定的化学成分要求范围内,添加少量Mo元素可明显细化珠光体片间距,使车轮强度、硬度有所提高,与晶粒细化机制相配合,使车轮具有更好的强韧配合关系,易于实现车轮轮辋全截面组织一致性,从而有利于改善车轮磨损性能。

ER8C高速车轮钢摩擦磨损性能研究

本文利用GMP-30滚动摩擦磨损试验机研究ER8C高速车轮钢材料的滚动摩擦磨损性能。结果表明,摩擦磨损过程中,ER8C车轮钢在表面形成波磨;经过不同转数磨损后,ER8C车轮钢试样表面都形成残余压应力;随着磨损周次的增加,表面残余压应力是逐渐增加的;不同磨损周次时,试样表面的轴向残余压应力大于其周向残余压应力,且试样表面波谷处的周向和轴向残余应力都大于波峰处的残余应力。

氮碳共渗对ER8车轮钢高温摩擦磨损性能的影响

以ER8车轮钢轮辋材料为研究对象,在570℃下对其进行氮碳共渗,然后利用MMU-5G高温摩擦磨损试验机对未处理试样和氮碳共渗后试样进行了四种不同温度(25℃,300℃,400℃,500℃)的摩擦磨损实验。利用截面显微硬度表征渗层厚度,同时利用激光共聚焦显微镜(VK-9710)和XRD仪观察并分析了共渗层的结构、成分和微观形貌,并对两种试样的磨损性能、粗糙度和磨痕形貌进行了记录分析。结果表明:经氮碳共渗后试样表层显微硬度显著增大;氮碳共渗在环境温度低于400℃时显著增强了材料的磨损性能,在400℃及以上温度时氮碳共渗对降低ER8车轮钢轮辋材料的磨损效果十分有限;磨损形式主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损,未处理试样在25~500℃之间的各个温度区间都存在磨粒磨损,氮碳共渗试样磨粒磨损主要存在于25℃和500℃,而两者氧化磨损和粘着磨损则主要存在于高温环境(300~500℃)下,当温度上升到500℃时,粘着磨损加剧。

预腐蚀对ER8车轮钢磨损行为的影响

对ER8车轮钢轮辋材料进行了不同时间的盐雾腐蚀以模拟实际情况,在MMU-5G摩擦磨损试验机上进行了摩擦磨损试验,利用VHX-1000超景深显微镜和XRD观察并分析了腐蚀层的结构、成分和微观形貌,并对ER8车轮钢轮辋材料的预腐蚀磨损性能和磨痕形貌进行了记录分析。结果表明:车轮钢轮辋材料的腐蚀层有两层;平均腐蚀速率随腐蚀时间的延长呈先减小后增加再减小的趋势;轮辋材料的磨损形式主要为粘着磨损、磨粒磨损和伴随温度升高出现的氧化磨损;预腐蚀通过破坏轮辋材料的表面完整性和产生相对较疏松的腐蚀层,使其在磨损过程中产生更大尺寸的犁沟并出现剥落磨损。

不均匀组织ER8车轮滚动接触疲劳性能研究

针对含不均匀组织ER8车轮服役过程中过早出现滚动接触疲劳(RCF)损伤这一实际问题,通过RCF试验,获得了车轮不均匀组织和正常组织的RCF极限;利用光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)重点表征了RCF裂纹萌生处的微观组织.借助扫描电镜(SEM)和原位拉伸试验台测试了两种组织的弹、塑性能并原位观察了裂纹的扩展行为.结果表明:车轮踏面不均匀组织的RCF极限低于轮辋正常组织,不均匀组织中除车轮正常组织应有的珠光体和先共析铁素体组织外,还存在大量的上贝氏体,上贝氏体的存在破坏了车轮正常组织的连续均匀性. RCF裂纹的萌生和扩展主要发生在上贝和正常组织的边界处,上贝氏体的硬度、弹性高于正常组织,但塑性小于正常组织,在相同接触应力作用下,两者弹-塑性变形的不协调是导致其组织边界处产生应力集中,进而诱发并促进疲劳裂纹的萌生和扩展,加速车轮RCF损伤出现的主要原因.

高速动车组D2车轮与ER8车轮滚动台架对比试验研究

为研究高速动车组自主化D2车轮与进口ER8车轮的踏面磨损和疲劳裂纹扩展行为,将踏面上有相同形状和相同深度预制缺陷的2种材质车轮组成1个轮对,在1∶1高速轮轨关系试验台上以350 km·h^(-1)的试验速度进行缺陷扩展程度、磨损量和硬度对比试验,并观察试验后的微观组织结构。结果表明:经4.5×104km的滚动试验后,D2车轮的磨损量为0.072 mm,踏面总体状况良好,踏面预制缺陷呈现完全闭合态,而ER8车轮的磨损量为0.138 mm,踏面预制缺陷出现明显疲劳扩展,并发展为大面积剥离掉块;D2车轮的初始硬度和硬度增幅均高于ER8车轮;D2车轮微观组织结构的连续均匀性以及组织的细晶、固溶和弥散等综合强化能力均好于ER8车轮,使D2车轮的抗疲劳裂纹扩展能力和耐磨性均优于ER8车轮。

ER8C高速车轮钢摩擦磨损性能研究

利用GMP-30滚动摩擦磨损试验机研究ER8C高速车轮钢材料的滚动摩擦磨损性能。结果表明,摩擦磨损过程中,ER8C车轮钢在表面形成波磨。经过不同转数磨损后,ER8C车轮钢试样表面都形成残余压应力。随着磨损周次的增加,表面残余压应力是逐渐增加的。不同磨损周次时,试样表面的轴向残余压应力大于其周向残余压应力,且试样表面波谷处的周向和轴向残余应力都大于波峰处的残余应力。

ER8和ER8C材质动车组车轮运用对比研究

在速度350 km/h和谐号CRH380CL型动车组上同时装用ER8C和ER8两种材质的车轮,运行120万km,跟踪并收集2种材质车轮的旋修数据及多边形检测数据,分析了轮径磨耗量、旋修量、高阶多边形粗糙度幅值,ER8C较ER8平均轮径损耗量(磨耗量+旋修量)降低,ER8C高阶多边形粗糙度最大幅值趋势均低于ER8。在收集数据的基础上,对2种材质车轮的踏面表面状态进行外观检查并拍照对比,ER8C踏面表面状态整体较ER8车轮优良,其滚动接触疲劳裂纹更少。结合旋修后数据中轮径尺寸和车轮的运行里程,发现ER8C材质车轮的运行里程较ER8材质车轮大大延长。

含有上贝氏体的ER8车轮钢的裂纹扩展行为

研究不同含量的上贝氏体对ER8车轮钢裂纹扩展行为的影响.利用激光共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电镜(SEM)对ER8车轮钢的显微组织和裂纹扩展路径进行了研究.实验结果表明:ER8车轮钢中的组织除了有铁素体和珠光体,还存在上贝氏体;裂纹穿过上贝氏体和珠光体扩展,最终停止在珠光体区域;与珠光体组织相比,裂纹在上贝氏体中的扩展路径更曲折.利用扫描电镜(SEM)对ER8车轮钢的裂纹扩展变形进行原位观察.实验结果表明:含有80%上贝氏体的ER8车轮钢拉伸时,组织变形过程主要以铁素体和上贝氏体为主,裂纹在上贝氏体和珠光体中连续扩展,伴随着珠光体的变形;而含有50%上贝氏体的ER8车轮钢拉伸时,组织变形过程主要以铁素体和珠光体为主,并且上贝氏体对铁素体和珠光体的变形起到阻碍作用.上贝氏体能够有效地阻止裂纹扩展,在偏转裂纹路径和延缓裂纹扩展方面起着重要作用;并且对铁素体和珠光体的变形起到阻碍作用.

铸态ER8钢高温塑性变形行为及热加工图

在Gleeble-1500D热力模拟试验机上,以0.001~1 s^(-1)的应变速率和900~1250℃的温度对铸态ER8钢进行了单轴热压缩试验,得到了流动应力曲线,并基于此,建立了热加工图,详细地分析了温度和应变率对材料热加工性能的影响。结果表明:在变形温度为900~1250℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)范围内,铸态ER8钢的流动应力曲线为动态再结晶型曲线,仅当变形温度低于900℃、应变速率高于1 s^(-1)时,流动应力曲线具有明显的动态回复型曲线的特征。结合ER8钢的热加工图分析可知,为了防止高温塑性变形失稳,在锻造时变形温度应大于950℃;当应变为0.20时,应变速率建议小于0.05 s^(-1)。

低温对ER8车轮钢力学性能的影响

对ER8车轮钢轮辋材料在-40℃、-20℃、0℃、25℃(室温)下,分别进行力学性能研究,利用激光共聚焦显微镜、场发射扫描电子显微镜对其组织和断口进行表征。结果表明:-40℃时,轮辋材料的抗拉强度和屈服强度分别提高了5.8%和7.1%,强度指标(抗拉强度和屈服强度)与温度几乎呈线性关系,塑性指标(延伸率与断面收缩率)均下降约2%;轮辋材料冲击韧性对温度非常敏感,随温度下降,其冲击韧性迅速降低,-40℃冲击功降幅达60%;轮辋材料-40℃时的疲劳寿命高于室温的疲劳寿命,-40℃时疲劳源和裂纹扩展区二次裂纹都较室温时的细小,室温时ac(疲劳裂纹临界尺寸)约为3.2 mm,-40℃时,ac约为4 mm。

分级加热与循环淬火对ER8钢组织及力学性能的影响

对碳含量为0.54 mass%的ER8钢进行分级加热处理和循环淬火处理,研究了不同热处理条件下ER8钢的室温力学性能及显微组织,并观察和分析其断裂特征。结果表明:ER8钢经分级加热、淬火及高温回火后,韧窝的数目变多,韧窝尺寸有所减小。ER8的力学性能与微观组织密切相关,微观组织的细化和均匀化有利于其抗拉强度和硬度的提高。选取临界点以上合适温度和保温时间进行分级加热,可以影响最终奥氏体化过程中晶粒的长大,然而选择较高的奥氏体化温度会降低分级加热对改善ER8钢显微组织的作用。经850℃×1.5 h正火、900℃×1 h淬火及650℃×40 min回火处理后试样晶粒的平均尺寸及分布均匀性明显改善,抗拉强度可达967.1 MPa,硬度可达311.1 HV0.05。奥氏体化温度对珠光体片层间距的影响较小,经正火、淬火及回火(NQT)处理的工艺试样相较于原试样硬度提升约50 HV0.05,然而再经相同淬火回火工艺进行一次循环热处理对硬度没有明显影响。

铸态ER8车轮钢的热变形行为及本构模型研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度为900~1250℃、应变速率为0.001~1 s^-1的条件下对铸态ER8车轮钢进行热压缩试验,得到真应力-真应变曲线。结果发现:其真应力-真应变曲线符合动态再结晶型软化机制,变形初始阶段,材料发生硬化,真应力快速增加,随着变形的继续,材料发生动态回复,加工硬化速率减缓;在材料变形过程中,材料畸变的应变储存能增加,动态再结晶激活,真应力迅速降低,后硬化及软化达到动态平衡。并分析了变形温度和应变速率对该材料高温下真应力的影响,发现真应力的大小随着变形温度的升高及应变速率的降低而减小。通过对试验数据的归纳整理得出,铸态ER8车轮钢的热变形激活能为258.4 k J·mol^-1。建立了Arrhenius双曲正弦本构方程,用作图法求解加工硬化速率,找出峰值应变及临界应变,基于此建立动态再结晶体积分数模型。其能精准地预测此材料的高温软化行为,为有限元数值模拟提供了理论基础。

铝合金压铸模新材料复合强化处理工艺研究

国内铝压铸模使用寿命仅为工业发达国家的1/5,差距较大。选用ER8电渣重熔钢制造铝合金连杆压铸模,经复合强化处理已达到国外同类产品先进水平。

锰对贝氏体车轮钢组织和力学性能的影响

采用JMatPro软件模拟碳、锰、硅主要合金元素含量(质量分数)的改变对试验钢连续冷却转变曲线和贝氏体等温转变曲线的影响;通过小炉冶炼钢试验,研究锰含量分别为1.5%,1.7%,2.0%和2.2%时对贝氏体车轮钢的组织和力学性能的影响,并与锰含量为2.0%的实物贝氏体车轮进行对比验证。结果表明:锰对抑制高温相变、降低贝氏体转变温度和提高车轮钢的淬透性有显著作用;锰含量高于2.0%时,贝氏体车轮钢自高温空冷过程中可以避免先共析铁素体的出现,且韧性大幅提升;随着锰含量的提高,部分贝氏体组织由粒状贝氏体变为板条贝氏体,强度增大;贝氏体车轮钢理想的锰含量为2.0%左右,实物贝氏体车轮轮辋冷速较慢的芯部未出现先共析铁素体,综合力学性能良好且显著优于现有ER8珠光体车轮,具备一定的实际应用前景。

稀土元素铒对Al-4Cu合金组织与性能的影响

采用拉伸力学性能测试、硬度测试、金相组织观察、透射电镜与能谱分析等方法,研究了不同量稀土元素Er对Al 4Cu合金组织与性能的影响,结果表明:稀土Er能够细化Al 4Cu合金的枝晶网胞组织;Er元素对Al 4Cu合金的再结晶行为起到了抑止作用,添加0.2%Er能使Al 4Cu合金的再结晶起始温度提高80℃左右,再结晶终了温度提高50℃左右;不同量稀土元素Er不能改善Al 4Cu合金的拉伸力学性能,甚至在一定程度上使合金的力学性能降低,这是因为添加到Al 4Cu合金中的Er元素并没有与Al作用形成细小的Al3Er颗粒,而是与Al,Cu发生交互作用形成了低熔点共晶Al8Cu4Er相,这使合金的力学性能在一定程度上有所降低。

稀土铒对Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金微观组织与时效行为的影响

研究了稀土元素铒对Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金微观组织以及165℃时效特性的影响。力学性能测试结果表明:合金中添加稀土Er对合金的强度贡献不大,但可大幅度提高合金的塑性变形能力。显微组织分析表明:添加稀土Er主要以Al8Cu4Er相和少量固溶于基体的形式存在于合金中,Al8Cu4Er相在合金变形过程中细化,对合金起到异质强化的作用。合金中Er原子和空位发生强交互作用,阻碍Ag、Mg原子团的形成,抑制了Ω相形核,延迟Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金在165℃人工时效响应。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr-0.5Er合金在铸态和均匀化条件下的组织(英文)

采用普通半连续铸造技术(DCC)制备了Al-Zn-Mg-Cu-Zr和Al-Zn-Mg-Cu-Zr-0.5Er合金,研究了微量元素Er对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态和均匀化态组织的影响。结果表明:添加0.5%Er后,合金的晶粒尺寸增大且为粗大的树枝晶。在合金凝固过程中,大部分元素Er在晶界处形成三元合金相Al8Cu4Er。经过均匀化处理后,两种合金晶界处的MgZn2相几乎全部回溶。但是在含Er合金中,由于Al8Cu4Er相的回溶温度约为575℃,所以均匀化处理不能有效地消除Al8Cu4Er相。