温度对高速车轮钢断裂韧性的影响

针对高速车轮钢低温环境下服役安全评价的需求,按照试验规范,在20,0,-20,-40,-60和-80℃下,分别进行标准圆棒拉伸试样的拉伸试验、紧凑拉伸(CT)试样的断裂韧性试验和Charpy-V型缺口冲击试样的冲击韧性试验,分析温度影响高速车轮钢断裂韧性的机理,研究高速车轮钢的断裂韧性随温度变化的规律。结果表明:20^-80℃下,高速车轮钢的断裂韧性和冲击韧性处于韧—脆转变区,且随温度的降低而降低;随着温度的降低,由于车轮钢屈服应力升高,CT试样的裂纹尖端由塑性形变强化而导致的解理起裂逐渐变为直接解理起裂;采用Master Curve法预测高速车轮钢的断裂韧性时,适用的最低温度仅为-14.4℃,不能满足高速车轮钢的实际服役环境温度(最低-40℃)需要;根据高速车轮钢的断裂韧性随温度降低基本呈线性下降的趋势,给出了室温(25℃)至-80℃温度范围内高速车轮钢的断裂韧性随温度变化的线性拟合关系式,以满足利用室温断裂韧性预测高速车轮钢低温断裂韧性的需要。

热处理对高速车轮组织和断裂韧性的影响

以ER8车轮钢为对象,采用预处理+终处理方法改善车轮组织状态,并分析了工艺参数对晶粒尺寸及分布的影响。结果表明:经过870℃×1.5 h预处理+840℃×1.5 h终处理,晶粒平均尺寸及分布均匀性明显改善,断裂韧性得到显著提高;在保温1.5 h的终处理中,900℃时异常晶粒快速长大,平均晶粒尺寸出现局部峰值;随着初始组织均匀性的提高,异常晶粒尺寸与正常晶粒尺寸相对差(RD)达到峰值的温度有提高趋势。

工艺因素和组织对高速动车车轮断裂韧性的影响

针对欧洲高速动车使用的DB920车轮进行了工艺实验和实验室实验。结果表明,DB920车轮轮辋部位组织主要为少量铁素体和细珠光体,当组织中的铁素体比例较高且呈网状分布时,在进行断裂韧性评价实验时易出现撕裂状断口,在撕裂带侧面有大量韧窝,断裂韧性值(KQ)较高;相反,当铁素体比例较低时,断面相对平整,断裂方式以沿晶断裂和解理断裂为主,断裂韧性较差。组织分析和有限元模拟分析结果表明:喷水冷却时,轮辋处的冷却速度自踏面向内不断降低,冷速越慢,相变后生成铁素体比例就越高,断裂韧性也就越好。结合连续冷却实验的结果估算,对此成分车轮钢而言,当冷速大于1℃/s时,相变后不能获得足够的铁素体以保证此区域的断裂韧性。

温度及应变速率对高速车轮钢形变行为的影响

为高速车轮服役性能评价及失效分析提供依据,在-60~400℃温度及6.67×10-4~3 782s-1应变速率范围内对高速车轮钢进行拉伸及压缩试验,测量其屈服应力、抗拉强度、断面收缩率、伸长率、应变硬化指数、应变硬化系数等材料力学参量,研究材料力学参量随温度和应变速率的变化。结果表明：在试验范围内高速车轮钢的屈服应力、抗拉强度随应变速率常用对数的升高而线性增加,随温度的升高而基本呈线性降低;屈服应力在试验温度上升范围内下降了225 MPa,在试验应变速率增加范围内上升了270 MPa,而断面收缩率和伸长率则随温度的升高而增加、随应变速率的增加而略有降低;应变硬化指数基本不随温度的变化而变化,但随加载速率的增加而降低;应变硬化系数随温度和应变速率的增加而降低;温度及加载速率对高速车轮钢材料塑性本构关系的定量影响可通过包含温度和应变速率参数的Hollomon方程描述。

Q345C钢MAG焊接头低温韧性研究

针对高速列车转向架服役气候条件及对焊接接头低温韧性严格要求,采用夏比缺口冲击试验方法在不同温度条件下测试了Q345C钢母材试样及其MAG焊接头焊缝区试样的冲击功,观察了冲击试样在不同温度条件下的断口形貌,测定了各个试样的纤维断面率,得到了冲击功、纤维断面率随温度变化的关系曲线,确定了Q345C钢MAG焊接头的韧脆转变温度。试验结果表明,焊缝在-40℃时冲击吸收功可达71 J;焊缝韧脆转变温度ETT50为-41.16℃,FATT50为-37.34℃;Q345C钢MAG焊接头具有良好的低温韧性,可以很好地满足设计需求。

国产高铁齿轮用材料的韧脆转变温度研究

以国产18CrNiMo7-6高铁齿轮钢为研究对象,通过采用不同温度下的夏比V型缺口系列冲击实验法测得高铁齿轮钢在-196~20℃温度间的系列冲击功,绘制出冲击功-温度曲线;采用显微镜进行断口分析,测定断口剪切断面率;结合冲击断口剪切断面率及断口形貌,确定18CrNiMo7-6高铁齿轮钢的韧脆转变温度。试验结果表明:18CrNiMo7-6高铁齿轮钢冲击值随温度下降而降低,-60℃冲击值降低明显;断口形貌随着温度的降低由韧窝逐渐向解理断裂变化,-40℃时断口主要是解理断口形貌,-40℃冲击断口剪切断面率为52%,从而确定高铁齿轮钢经“淬火+回火”热处理后韧脆转变温度为-50~-40℃。

显微组织对高速车轮钢不同温度下断裂韧性的影响

对碳的质量分数为0.54%高速车轮钢轮辋进行了不同奥氏体化温度和冷却速率热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距的显微组织,在20^-120℃下对具有不同显微组织的紧凑拉伸(CT)试样进行断裂韧性测试。结果表明:在实验温度范围内,不同显微组织车轮钢断裂韧性均随温度的降低而降低,温度对不同显微组织车轮钢材料断裂韧性的影响主要是由于温度对材料流变应力的改变以及CT试样断裂模式的变化。温度较高时,解理断裂的模式为扩展控制,晶粒尺寸和珠光体片间距越小断裂韧性越高;温度较低时,解理断裂的模式为形核控制,显微组织对断裂韧性的影响不明显。

高铁车轮钢中贝氏体组织与力学性能的研究

利用激光共聚焦显微镜(LSCM)和电子背散射衍射(EBSD)以及拉伸、纳米压痕等实验对进口ER8高铁车轮钢的轮辋踏面的微观组织与力学性能进行研究。结果表明,高铁车轮钢存在的微观组织有先共析铁素体、珠光体、上贝氏体。含有上贝氏体的高铁车轮钢的错位角一般存在两个高数量分数区域,而未含有上贝氏体的高铁车轮钢在高角度时不存在高数量分数区域。在室温拉伸过程时,上贝氏体会降低抗拉强度,可能会降低车轮运行的抵抗能力,而两组的伸长率和断面收缩率相当。拉伸断口呈现为典型的杯锥状且以解理断裂存在。上贝氏体的纳米硬度高于珠光体的。