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)。

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。

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。

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.

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.

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。

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。