D2/U71Mn轮轨材料的滑动磨损实验研究

通过对D2/U71Mn轮轨材料滑动磨损实验,研究了轮轨滑动磨损下的磨损规律以及磨损对性能的影响。结果表明:在轮轨滑动磨损初期,发生粘着磨损;进一步因变形强化,粘着磨损转化为磨粒磨损,并都伴有不同程度的损伤。U71Mn钢轨试样磨损初期残余压应力迅速增加,1000 r后增加平缓并趋于稳定,腐蚀深度达20μm时残余压应力急剧减小。轮轨磨损的犁沟、脊缘使得轮轨试样接触不充分,造成磨损系统不规则自激振动,产生磨损噪声。

表面纳米化材料横截面透射电镜试样的制备

通过严重塑性变形法得到的表面纳米化材料,由于近表层有较高的残余应力,其横截面透射电镜试样的制备比一般的电镜试样困难。介绍了一种机械预减薄后,用Teflon板夹持试样与铜环进行树脂的热固化,再直接用离子减薄的制样方法。对表面纳米化后TC4钛合金的横截面试样制备结果表明,该方法避免了试样弯曲变形,可以得到适合于透射电镜观察的横截面试样。

GCr15SiMn贝氏体轴承钢超声滚压表层组织与性能

目的 研究超声滚压加工对贝氏体轴承钢的影响,并分析超声滚压工艺参数对贝氏体轴承钢试样表层组织及性能的影响规律,为提升贝氏体轴承表面性能提供理论及试验依据。方法 通过超声滚压加工前后试样对比分析,确定超声滚压处理技术对贝氏体轴承钢组织性能的提升;通过单因素试验法,研究超声滚压工艺试样组织、性能的影响规律;通过表面与截面组织相结合的方法,分析贝氏体轴承钢组织的类别特征。结果 根据试样表面状态可将原始试样分为3类:细晶层存在表面微裂纹的截面组织、细晶层无裂纹的截面组织及无细晶层截面组织。超声滚压后,3类截面组织均产生塑性变形层,无细晶层截面组织形成的塑性变形层最厚。超声滚压处理后,存在于原始试样表面的机加工纹理变细,犁沟变浅;试样表面粗糙度降幅可达75%,试样表面硬度增幅为4%,且试样表面产生了约90μm硬化层。结论 相同静压力下,随电流增加,试样表面粗糙度显著降低,塑性变形层显著增加,硬度、硬化层深度增加但增幅较小;相同电流下,随静压力增加,试样表面硬度、塑性变形层深度、硬化层深度及表面硬度增加,粗糙度变化不大。

CL70车轮钢原始组织对接触疲劳性能的影响

利用双盘滚动接触疲劳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CL70车轮钢试样进行磨损和滚动接触疲劳试验。利用光学显微镜、扫描电镜和硬度计对组织和硬度进行分析,分析原始组织对疲劳性能的影响。结果表明:P+F试样与TS试样经过预磨损后表面出现不同的磨损机制,P+F试样表面主要为疲劳磨损,并伴随起皮现象。TS试样表面主要为黏着磨损和磨粒磨损,有轻微的疲劳磨损;两种原始组织表层都为细小的铁素体基体上分布着细小的渗碳体,但P+F试样表层晶粒更细小,硬度更高,变形层厚度也小。对预磨损后的两种试样进行了接触疲劳试验结果得出,TS试样的疲劳寿命是P+F试样的4.4倍。疲劳试样的表面形貌是:TS试样在疲劳后主要是表面局部出现典型的疲劳剥落深坑,而P+F试样主要是表面为麻点状剥落伴随着剥落深坑。预磨损在细化组织和提高硬度的同时减小疲劳磨损,将有利于疲劳寿命的提高。

6082铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为

通过室温静态挂片试验以及动电位极化曲线测试,在室温0.2 mol/L NaHSO3+0.6 mol/L NaCl溶液中,对6082铝合金搅拌摩擦焊(FSW)焊缝以及6082铝合金母材的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明,主轴转速为1 200 r/min,焊接速度为200 mm/min,搅拌头倾角为3°时的焊缝与母材相比,平均腐蚀速率较小,腐蚀电位Ecorr正向移动,腐蚀电流密度J变小。同时使用扫描电子显微镜(SEM)对室温静态挂片试验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面上只出现少量较浅的点蚀坑,而母材表面的点蚀现象较为严重。

铝合金5083-6082搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为

首先,对铝合金5083-6082搅拌摩擦焊(FSW)焊缝与5083母材、6082母材的金相组织进行了研究,结果表明,焊缝的组织与两种母材相比,其晶粒明显细化。其次,通过室温静态挂片试验以及动电位极化曲线测试,电化学阻抗谱(EIS)试验,在室温0.2 mol/L NaHSO3+0.6 mol/L NaCl溶液中,对铝合金5083-6082搅拌摩擦焊的焊缝以及两种母材的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明:主轴转速800 r/min,焊接速度160 mm/min,搅拌头倾角3°时的焊缝与两种母材相比,腐蚀电位Ecorr正向移动,平均腐蚀速率和腐蚀电流密度Icorr变小,极化电阻Rp增大。同时使用扫描电子显微镜(SEM)对室温静态挂片试验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面上只出现少量较浅的点蚀坑,而两种母材表面的点蚀现象较为严重。

有机硅KH-570改性硅溶胶杂化涂层的制备研究

以硅溶胶、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为原料,将低钠型碱性硅溶胶经强酸性阳离子交换树脂离子交换后,得到酸性硅溶胶,将其与KH-570按一定比例共混搅拌,通过KH-570在酸性条件下,水解缩聚,制得有机/无机杂化溶胶。以低碳钢Q235为基材,制备出硅烷偶联剂KH-570(MEMO)改性硅溶胶的杂化涂层。以FT-IR测试方法对其结构进行了表征,采用动电位极化曲线测试涂层的耐蚀性能。以光学显微镜、SEM观察涂层与碳钢裸片在腐蚀前后的表面形貌。研究结果表明:酸性硅溶胶与KH-570的水解缩聚产物通过共缩聚反应在碳钢表面形成带有有机基团的无机交联网络,基本骨架由Si-O-Si组成,经过100℃热处理,即可得致密涂层,涂层均匀、透明,无缺陷。电化学分析表明涂层形成物理屏障,为基体提供了优良的腐蚀保护。杂化涂层显现出良好的耐蚀性能。

铝合金表面不燃有机-无机复合涂层的制备与表征

以合成的水性有机硅改性硅溶胶为基料,在铝合金表面制备了一种具有良好理化性能的不燃有机-无机复合涂层。通过对底涂层附着力、耐冲击性以及涂层表面形貌的对比,确定底层涂料的颜基比（P/B）为1∶1～1.5∶1时,底涂层具有良好的理化性能,制备过程中不易产生细裂纹。SEM观察形成的底涂层致密性差,喷涂纳米面漆后涂层平整,致密。EDS分析表明底涂层的厚度在30μm左右,其中存在5-10μm的过渡层。火焰燃烧测试表明涂层（底涂层＋面层）遇明火高温不燃、不脱落、无炭化,而是形成一种釉状层与铝合金基体牢固地结合在一起;XRD分析证明燃烧前后涂层材料主要物相没有发生明显改变。除耐沸水性、耐高温性外,涂层的理化性能按照国家标准GB 12441-2005检测,结果表明涂层具有良好的理化性能,能够满足铝合金表面高装饰、高防护的性能要求。

甲基三甲氧基硅烷改性工业硅溶胶的工艺及其机理

以有机硅氧烷和工业硅溶胶为主要原料,采用sol-gel方法获得了水性有机硅溶胶。通过硅氧烷的选择、膜层性能检测以及pH值、水浴温度、改性时间等改性工艺的研究,获得MTMS改性硅溶胶的最佳工艺:MMTMS/MSiO2为2∶1～4∶1;pH值3.5～5.5;水浴温度50～70℃;改性时间40～120min。经FTIR分析和改性机理的探讨,表明MTMS水解生成的硅醇基团与硅溶胶粒子表面的羟基发生缩聚交联,屏蔽了硅溶胶内部的Si-O-Si键,对硅溶胶粒子进行了包覆改性。

镁合金AZ80的差热分析及凝固组织观察

利用差热分析(DSC)和在不同温度下加热-急冷,并结合金相组织观察方法研究AZ80镁合金的凝固相变温度及凝固组织变化特征。通过对AZ80镁合金DSC曲线和不同温度下金相组织的比较、分析,确定了该合金的相变起始温度为426.02℃,共晶温度为432.44℃,固相线温度为528.13℃,液相线温度为609.78℃。同时,通过对不同温度下急冷试样的组织观察,分析了AZ80镁合金在凝固过程中的相变及组织演变特征,并确定了差热分析所得相变温度的准确性。

半固态等温热处理对铸态AZ80镁合金组织的影响

研究了等温热处理温度和保温时间对铸态AZ80镁合金半固态组织演变的影响。研究结果表明:在热处理过程中,随保温时间的延长,初生α相演变过程是,首先由大部分粗大的树枝晶二次枝晶臂合并成为大块状,而后大块状晶粒在晶粒内部及晶界处液相和固液界面的曲率共同作用下熔化分离为小块状,继续保温则圆整化;保温时间相同,等温处理的温度越高,枝晶演变过程越快,保温温度越高或保温时间越长,球状晶粒也容易趋于长大。AZ80镁合金半固态成形所需的最佳工艺条件为加热温度570℃左右,保温时间30min。

镁合金AZ31的差热分析及凝固组织观察

利用差热分析(DTA)和在不同温度下加热-急冷,并结合金相组织观察的方法研究了AZ31镁合金的凝固相变温度及凝固组织变化特征.通过对AZ31镁合金DTA曲线的分析和不同温度下金相组织的比较、分析,确定了该合金的相变起始温度为430.1℃,共晶温度为438.5℃,固相线温度为614.4℃,液相线温度为636.4℃.同时,通过对不同温度下急冷试样的组织观察,分析了AZ31镁合金在凝固过程中的相变及组织演变特征,并确定了差热分析所得相变温度的准确性.

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.

动车组车轮轮缘塑性变形白层组织分析

本文作者对动车组ER8C车轮轮缘白层的微观组织进行了观察,重点对由于剧烈塑性变形而形成的白层进行了分析和探讨.在光镜下可以观察到白层厚为3~18μm,分布不连续.在扫描电镜下,塑性变形白层主要有两种类型：一种为经塑性变形作用而细化的组织和经动态再结晶作用得到的铁素体纳米晶,后者具有纳米量级的铁素体晶粒.白层内的碳化物数量与塑性变形程度及运行过程中的温升有关,越接近表层未溶碳化物越少、晶粒越小.白层形成机制主要分为两种：一种为反复塑性变形作用的机制,导致铁素体破碎细化同时伴随碳化物碎化溶解;另一种为变形与一定温升综合作用的机制,表层发生动态再结晶而形成超细晶粒组织并伴随碳化物溶解,后者在超细晶粒形成中起主导作用.

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.

原始组织对ER9车轮钢滚动接触疲劳性能的影响

利用双盘滚动接触疲劳试验机对原始组织分别为片状珠光体+先共析铁素体(P+PF)和回火索氏体(TS)的ER9车轮钢试样进行滚动接触疲劳试验,并对结果进行了分析。结果表明:在油润滑条件下,原始P+PF试样的滚动接触疲劳寿命是TS试样的2.8倍.其原因是原始的P+PF的试样表面存在厚约1μm的机加工细晶层,而TS试样无明显细晶层,在疲劳过程中,P+PF试样会优先在细晶层内萌生浅层裂纹并平行于表面扩展形成浅层剥落,而后在细晶层剥落的区域萌生疲劳裂纹,而TS试样则直接在试样表面萌生疲劳裂纹.经过1×10^(5)周次在空气中的预磨损后,两种不同原始组织的试样表面均被强化,滚动接触疲劳寿命均有大幅度的提升.但由于P+PF试样预磨损过程中机加工细晶层的剥落以及产生了少量的疲劳磨损,部分疲劳磨损裂纹成为滚动接触疲劳裂纹的裂纹源,而预磨损后的TS试样的表层形成分布更为均匀的细晶层,故预磨损后的TS试样的滚动接触疲劳寿命远高于P+PF试样.

接触应力对FCB车轮钢组织演变与性能的影响

利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变.结果表明:在滚动磨损条件下,磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损,增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大,但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量;贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中,贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界,而后形成大角度晶界,使贝氏体铁素体发生细化;接触应力的大小影响表层组织的演变,当接触应力增至1150 MPa时,晶粒细化为超细等轴晶,继续增加接触应力,组织变化并不明显.接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度.接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高,硬化层深度增大.

球化退火态重载车轮钢CL70磨损性能及组织演化

对CL70重载车轮钢进行球化退火获得球状珠光体组织.将组织为片状珠光体和球状珠光体的CL70分别与U75V钢轨钢在滚动摩擦磨损试验机上以相同参数进行干摩擦纯滚动试验.使用称重法测量磨损量、利用带电子背散射衍射附件的扫描电子显微镜及显微硬度计对两种组织形态的试样运行表面进行组织及硬度变化情况的观察与分析.结果表明:球状珠光体组织磨损性能不及片状珠光体组织.二者的磨损机制和强化机制不同,片状珠光体组织以疲劳磨损为主,通过塑性变形和晶粒不断细化至纤维状再到纳米晶,位错不断累积并达到良好的强化效果.球状珠光体组织以黏着磨损为主,只有铁素体和少量渗碳体变形和碎化,硬度提升主要来自于渗碳体颗粒周围的位错集中,硬化效果较差.

GCr15SiMn轴承钢超声滚压表层组织及性能分析

目的 通过不同超声滚压加工工艺对GCr15SiMn轴承钢磨削态试样进行表面强化处理,并研究超声滚压加工工艺对表层组织及性能的影响。方法 采用扫描电子显微镜(SEM)对试样表面、截面组织进行观察,并用粗糙度仪和硬度仪对表面粗糙度、显微硬度进行表征。对不同电流、静压力参数下超声滚压加工试样表面、截面组织和性能的差异进行了分析。结果 根据机加工细晶层及微裂纹可将原始试样分为3类:第1类为无裂纹机加工细晶层;第2类为有裂纹机加工细晶层;第3类为无机加工细晶层。超声滚压加工后,3类表层均被预置塑性变形层,但塑性变形层厚度有明显差别,第3类原始试样形成的塑性变形层最厚,约为2μm;试样表面磨削犁沟变浅,粗糙度显著改善,较原始粗糙度值降低了67%,表层磨削微裂纹扩展,部分表层机加工细晶剥落,表面微裂纹尖端角度减小,表面缺陷减少;表面硬度分布均匀性得到改善并预置表面硬化层,较原始表面硬度提升2%。结论 随电流的增加,粗糙度降低,塑性变形层的厚度和连续性提高,硬化层的硬度及厚度基本不变。随静压力的增加,硬化层的硬度及厚度增加,塑性变形层的厚度和连续性提高,粗糙度基本不变。

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。