大截面EA4T车轴钢回火工艺对组织和性能的影响

通过对国外EA4T车轴钢产品分析及大轴淬火过程模拟,CCT曲线测定,对国产大截面EA4T车轴钢回火热处理工艺进行研究,制定出恰当的回火工艺((910±10)℃淬火、(650±10)℃回火)。通过该热处理工艺实施,国产化EA4T车轴钢力学性能和组织均符合国际先进的车轴标准(EN13261)对材料的要求。     

回火温度对EA4T车轴钢显微组织及力学性能的影响

采用不同的回火温度(500、550、600和650 ℃)对EA4T车轴用钢进行调质热处理,使用OM、SEM、拉伸试验及冲击试验等测试分析了材料的显微组织和力学性能,研究了回火温度对EA4T钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,随着回火温度的升高,回火组织转变为回火索氏体,EA4T钢强度有所降低,韧性及塑性提高。当回火温度升高至600 ℃以上时,EA4T钢的冲击断口形貌呈韧窝状。回火处理后,EA4T钢抗拉强度与硬度的经验公式为:R_m=2.9477V+45.59。     

热处理工艺对EA4T钢车轴组织与性能的影响

研究了不同热处理工艺对EA4T钢车轴组织与性能的影响,并对其组织与性能关系进行了讨论。结果表明,采用优化的预处理工艺,可提高车轴组织均匀性,细化晶粒,有利于减少铁素体含量,提高车轴力学性能,使调质后的车轴得到良好的综合性能。     

激光淬火对高速动车组EA4T车轴钢组织和性能的影响

为提高EA4T车轴钢的表面硬度和耐磨性能,采用激光淬火对调质态车轴进行表面改性。利用扫描电镜、显微硬度计、纳米压痕仪等对激光淬火层的微观组织、相变层深度和硬度进行了详细的表征。结果表明:EA4T车轴钢表面经过不同工艺激光淬火后,相变层内的淬火组织主要由细小的板条马氏体和粒状贝氏体组成,其深度根据工艺不同从100 μm到800 μm不等,并呈现随淬火功率的增加和扫描速度减小,相变层深度逐渐增加的趋势。淬火相变层区域内,车轴钢的显微硬度基本保持在450 HV0.2左右,约为基体硬度的2倍,耐磨性显著提高。由于淬火道次之间搭接的原因,淬火层呈现波形分布,其中波谷马氏体含量高于波峰位置,因此其硬度明显高于波峰处。     

回火温度对高速重载列车车轴用钢EA4T冲击韧度的影响

将经过不同温度回火后的EA4T钢试样分别加工成夏比V型和U型缺口冲击试样,通过系列冲击试验对EA4T钢的回火脆性进行了研究.结果表明,EA4T钢冲击韧度随回火温度的升高而升高,在550℃左右回火具有高温回火脆性,在高于回火脆性温度区回火时,其冲击韧度将大幅度提高.回火脆性对夏比V尖锐缺口的敏感性更高.     

409L铁素体不锈钢热变形行为

采用热/力模拟实验方法研究了409L铁素体不锈钢(409LFSS)在950～1150℃、应变速率为0.05～2.5 s-1条件下的热变形及组织变化,讨论了热变形参数对流变应力和显微组织的影响.结果表明,409L铁素体不锈钢的表观应力指数及热变形表观激活能分别为4.45、262 kJ/mol;其热变形方程为ε=5.347×1011[sinh(α·σp)]4.45exp(-262000/RT);该钢的铁素体软化机制与Z参数有关,且随着Z值从2.09×108增加到3.92×1011,热变形峰值应力相应从13.73 MPa增加到65.08 MPa.     

中碳V-N微合金钢热变形行为

用Gleeble-1500热模拟试验机对中碳V-N微合金钢在不同变形温度(900~1050℃)及不同变形速率(0.005~30 s-1)的奥氏体区热变形行为进行研究。通过建立真应力-真应变曲线、动态再结晶图、功率耗散效率因子(η)图和应变速率敏感因子(m)图综合分析其热变形行为。结果表明,试验钢在1050℃、1 s-1变形条件下发生了动态再结晶,其真应力-真应变曲线、动态再结晶图、m图等方法得出的结果相互吻合。其中η图与m图差异很小,但由于应变速率敏感因子具有合理的物理意义,因此建议利用m图分析材料的热变形行为和选取最佳热变形工艺参数。     

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。     

高速列车车轴用EA4T钢腐蚀疲劳性能研究

目的 研究腐蚀环境中EA4T车轴钢疲劳性能,为车轴的腐蚀检测和使用寿命评估提供依据.方法 采用旋转弯曲疲劳试验机,在人造雨水模拟的腐蚀环境和空气环境中,对EA4T车轴钢试样进行疲劳试验,以获得不同环境下试样的疲劳S-N曲线、表面损伤以及裂纹扩展规律.然后对扩展裂纹进行概率统计,通过扫描电镜对疲劳失效的断口进行观察,并分析对比不同环境中裂纹扩展门槛值的变化.结果 空气环境中,试样的疲劳极限为355 MPa,而在腐蚀环境中,试样不存在疲劳极限,107循环周次对应的疲劳强度降低到245 MPa,相比空气环境中降低了31％.Gumbel分布统计与Weibull双参数分布统计相比,更适合描述EA4T车轴钢试样表面腐蚀裂纹长度随加载次数的变化.腐蚀环境中,疲劳裂纹萌生于表面腐蚀坑,并存在多个裂纹源.腐蚀环境显著降低了试样裂纹扩展门槛值,空气环境下,该值为6.29 MPa·m1/2,腐蚀环境下降低到4.1 MPa·m1/2.结论 腐蚀环境降低EA4T钢疲劳寿命的主要原因是,腐蚀环境降低了裂纹扩展门槛值,加快了裂纹萌生以及短裂纹扩展.而当裂纹达到一定长度时,腐蚀环境对裂纹扩展几乎没有影响.     

喷丸处理EA4T车轴钢疲劳性能和残余应力松弛行为研究

目的 研究不同喷丸工艺处理EA4T车轴钢的疲劳性能和破坏行为,并分析表面影响层性能,尤其是表面残余应力对疲劳强度的影响机理。方法 采用传统喷丸（CSP）和微粒子喷丸（MSP）工艺分别对EA4T车轴钢进行处理,对不同喷丸处理后的试样进行表面性能分析,然后采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验,获得疲劳S-N曲线和残余应力松弛过程,并通过扫描电镜对发生疲劳失效的断口进行观察。结果 与CSP相比,MSP可以引入更高的表面硬度和残余压应力,同时又可以有效地减小表面粗糙度。喷丸可以有效地提高试样的疲劳性能,CSP和MSP分别提升了试样疲劳极限的25%和33%。所有喷丸试样残余应力松弛与循环次数（10≤N≤107）之间存在线性关系,这个线性关系可以用经验公式定量描述。在相同加载应力下,CSP试样的残余应力松弛过程比MSP试样更快,当试样在疲劳加载过程中发生残余应力松弛后,剩余的残余压应力高于初始值的80%时,疲劳失效不会发生。所有试样的疲劳裂纹均萌生于表面,喷丸没有改变试样的疲劳断裂机制。结论 与CSP相比,MSP可以引入更优的表面影响层,在相同加载应力下有更加缓慢的残余应力松弛过程,从而可以进一步提高试样的疲劳性能。另外,残余压应力、表面完整性是影响疲劳极限提升的主要因素。     

09MnNiDR钢的热变形行为

用Gleeble-3800热模拟试验机在高温下对09MnNiDR钢进行单道次热压缩试验,研究了变形温度和应变速率对该钢动态再结晶的影响,计算出峰值应力与临界应力、峰值应变与临界应变的关系,并建立了试验钢动态再结晶热变形模型、流变应力模型.     

Ti-Mo-V微合金化钢的热变形行为

在Gleeble-1500热模拟试验机上对Ti-Mo-V微合金化钢进行单道次热模拟压缩试验,分析了变形温度、应变速率、变形程度等对试验钢热变形行为的影响。结果表明,在一定条件下,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而增大。当应变速率大于10 s^-1和变形温度小于1000 ℃时,发生动态回复;当应变速率小于1 s^-1和变形温度大于850 ℃时,发生动态再结晶。在Sellars -Tegart方程的基础上,建立了试验钢加工硬化-动态回复和动态再结晶精度较高流变应力模型,并采用回归的流变应力模型预报了Ti-Mo-V微合金化钢的实际轧制压力,预报值与实测值吻合良好。     

X70HD抗大变形管线钢热变形行为

通过考虑临界应变以后的软化机制,构建了包括动态回复和动态再结晶过程的金属热成形分段流变应力数学模型。利用Gleeble3500热模拟试验机进行了X70HD抗大变形管线钢低应变速率到高应变速率下的单道次热压缩实验,获得了应力-应变曲线,并确定了基于Z参数的特征点、待定参数值,验证了模型不但在低应变速率下适用,在高应变速率下仍具备较高的准确性;建立了从动态再结晶开始到完成整个过程被考虑在内的再结晶动力学模型,通过与基于Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程求得的动态再结晶实际体积分数相比较,表明该动力学模型具有很高的精确度,可为抗大变形管线钢生产中的组织、性能预报提供理论依据。     

含铝低温贝氏体钢的热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机,对两种含铝低温贝氏体钢进行热压缩试验,变形温度为1000、1050、1150℃,变形速率在0.001~10 s-1之间,应变量达到0.8。结果表明,随着低温贝氏体钢中铝含量的增加,钢的峰值应力减小,铝含量由0.43%增加到0.75%时,低温贝氏体钢的变形激活能从473.828 kJ/mol上升到511.364 kJ/mol。并求得两种试验钢的热本构方程。     

23MnNiMoCr54钢的热变形行为

利用DIL 805A型热膨胀仪测定了23MnNiMoCr54钢的热膨胀曲线,结合硬度检验绘制出试验钢的CCT曲线,并对其动态相变及动态再结晶规律进行了研究分析。结果表明,23MnNiMoCr54钢的临界转变点Ac₃=806 ℃,Ac₁=713 ℃,CCT曲线中无珠光体转变区,当冷速≥0.5 ℃/s时,开始发生马氏体相变。变形量为10%时,变形温度在850~1150 ℃范围内时,试验钢的奥氏体晶粒边界稳定,晶粒大小没有发生明显变化,没有发生动态再结晶,软化机制以动态回复为主。变形量为40%时,变形温度在850 ℃时试验钢没有发生动态再结晶,软化机制以回复为主;温度为900~950 ℃时出现了不稳定的奥氏体晶界和细小晶粒,动态再结晶开始发生;温度为1000 ℃时,发生了完全动态再结晶。变形量为50%时,变形温度在850~950 ℃时试验钢出现了不稳定的奥氏体晶界和细小晶粒,发生了部分再结晶;温度为1000 ℃时,发生了完全动态再结晶。变形量为60%时,变形温度在850~950 ℃时试验钢出现了不稳定的奥氏体晶界和细小晶粒,发生了部分再结晶;温度为1000 ℃时,发生了完全动态再结晶。     

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%。     

Cr微合金化低碳钢热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟机对一种含微量合金元素Cr、Mn、Ti的低碳钢在变形温度700～1050℃.应变速率0.01～0.1s~(-1)条件下的热变形行为进行研究.结果表明:单相奥氏体区和铁索体区,峰值应力随变形温度的降低而升高,在两相区,峰值应力随着变形温度的降低而降低;在775～850℃与950～1050℃的温度区间,峰值应力的大小基本相当.建立了热加工图,并通过组织观察对其热加工图进行了解释.根据流变应力曲线,确定了试验低碳钢铁素体区的热变形激活能和热变形方程.     

Hot deformation behavior of medium carbon V-N microalloyed steel

Processing maps for a medium carbon V-N microalloyed steel(designated as VN steel) and a medium carbon V-N bared steel(designated as Non-VN steel) were developed to study the hot deformation behavior and the influence of vanadium and nitrogen, in the temperature range of 750?1100 °C and strain rate range of 0.005?30 s^?1. Experimental results show that the processing map for the VN steel exhibits two dynamic recrystallization and three instability domains, while that for the Non-VN steel has one dynamic recrystallization and three instability domains. The instability domains of VN steel are larger than those of the Non-VN steel, and the VN steel is easier to be unstable when being hot deformed at high temperature and high stain rate. The addition and precipitation of vanadium and nitrogen can hinder the dynamic recrystallization. Compared with the Non-VN steel, the VN steel has higher dynamic recrystallization critical strain and the corresponding stress.     

车轴用LZ50钢的热变形行为及高温塑性本构方程

借助Gleeble-1500D热模拟试验机,在温度1050~1200 ℃,应变速率0.01~1 s^-1,变形量在50%的条件下对LZ50高速铁路车轴钢试样进行热变形压缩试验。通过试验测得该材料不同工艺参数下的真应力-应变曲线,采用Arrhenius双曲正弦函数推导LZ50钢的高温塑性本构方程,并分析了不同热加工条件下LZ50钢的动态再结晶行为。结果表明,LZ50钢对温度和应变速率的变化较为敏感,温度越高,应变速率越低,所对应流动应力值越小。LZ50钢的变形激活能为217 920.626 J/mol。变形温度越高,应变速率越低,再结晶现象越容易发生。