脉冲电流辅助热处理对EA4T车轴钢带状组织的影响

对EA4T车轴钢试样分别在奥氏体化保温以及冷却相变过程通入脉冲电流,对不同冷却速度下的组织变化进行研究。试验表明：在脉冲电流的作用下,EA4T钢带状组织能够在一定程度上得到抑制。脉冲电流能促进奥氏体状态下的碳原子及合金元素的扩散,同时也能在相变过程中抑制先共析铁素体的形核,消除带状组织。     

EA4T钢消除带状组织和细化晶粒的新工艺探索

为了解决EA4T钢存在的带状组织和组织不均匀问题,设计了新的热处理工艺.实验结果表明,经新的热处理工艺处理后,材料中的部分带状组织消除,奥氏体晶粒细化,组织均匀性明显改善,综合力学性能显著提高.     

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。     

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。     

EA4T车轴钢高温拉伸变形行为及塑性损伤演变规律

为了研究EA4T车轴钢在高温拉伸时的力学性能、微观组织和塑性损伤演变规律,在Gleeble-3800热模拟试验机上进行了光滑圆棒和缺口圆棒的高温拉伸试验,试验温度为970、1070和1170℃,应变速率为0.1、1.0和10.0 s^-1,缺口半径分别为15、10和5 mm的缺口圆棒试样对应不同的应力三轴度。结果表明：EA4T车轴钢在高温变形中,断裂应变随着温度的升高而降低,随着应变速率的增大而增大。随着应力三轴度的增大,平均断裂应变呈降低趋势,微观组织中微孔洞的数量更多、尺寸更大。动态再结晶过程会阻碍微孔洞的长大和汇聚,随着再结晶程度的加深,孔洞由宽大椭圆形变为细长梭形,平均尺寸减小,孔洞的拉长方向指向断面收缩的中心,拉长的孔洞使断面形成了较深的等轴韧窝。     

过盈量和套管长度对EA4T车轴钢微动疲劳行为的影响及其微动疲劳极限的预测

高铁EA4T钢车轴与轮毂配合边缘部位微量的相对滑动往往导致该位置发生微动磨损,严重损害了车轴的疲劳性能和列车安全性。采用轴/套管试样模拟车轴/轮毂结构,研究了过盈量(0.01、0.02和0.03 mm)和套管长度(10 mm和15 mm)对EA4T钢室温微动疲劳性能的影响规律,应用有限元计算了轴/套接触区的压应力分布,提出了基于车轴/套管过盈配合处摩擦力的微动疲劳极限的预测公式。结果表明：随着过盈量增加或套管长度减小,轴与套管接触区边缘处的径向压应力和轴向摩擦力增加,EA4T钢的疲劳极限下降了17.1%～28.6%;接触区边缘产生氧化铁磨屑,促进疲劳裂纹多源萌生。微动疲劳极限的预测公式为σ_1WF=σ_-1-αμP。     

国产EA4T车轴钢的显微组织与强韧性研究

采用扫描电镜、金相显微镜等试验手段对试验用国产化EA4T车轴钢的显微组织、断裂韧性及断口形貌进行观察分析,力学性能测试结果表明:该钢Mn、Cr含量偏低.导致车轴钢淬透性较差;材料中出现块状先共析铁素体,并沿心部逐渐增多,这是引起材料解理开裂而降低韧性和塑性的主要原因.     

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。     

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。     

国产高速重载列车车轴用钢EA4T的回火脆性

对EA4T钢进行高温系列回火冲击试验,并对其回火脆性进行了研究.结果表明:EA4T钢在550℃回火时出现冲击功低谷,表现出回火脆性,断口表现为准解理断裂;TEM和DSC研究表明:碳化物在马氏体板条束间的析出可能是EA4T钢550℃回火时冲击功出现低谷的重要原因.     

高速重载列车车轴用钢EA4T的低温韧度

将经过高温系列回火的EA4T钢试样加工成夏比V型缺口冲击试样,通过低温系列冲击试验对EA4T钢的低温韧度进行了研究。结果表明,EA4T钢经880℃油淬,650℃回火后的冷脆转变温度为-97.37℃至-117.59℃,且在0℃至-80℃冲击时,其A_(KV)基本高于150 J,断口韧性断裂特征明显,表明EA4T钢具有良好的抗冷脆转变能力。     

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。     

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.     

EA4T车轴不同加工工艺表面完整性分析

目的探索不同加工工艺对EA4T车轴表面完整性的影响。方法针对EA4T成品车轴精车加工的表面,以及精车之后再分别作打磨抛光、滚压处理的表面,运用里氏硬度仪、X射线衍射残余应力分析仪、扫描电子显微镜以及三维光学显微镜等设备,进行表面硬度、表面残余应力状态、表面形貌及粗糙度检测。结果精车后表面的平均硬度为221HV,表面轴向、周向平均残余应力为-371、-231 MPa,表面粗糙度(Ra)为1.432μm。而精车之后再分别作打磨抛光、滚压处理,表面硬度分别提升了2.3%、11.6%,表面轴向残余应力分别增加了9.7%、23.5%,周向残余应力增幅分别为18.6%、59.3%,同时表面粗糙度(Ra)大幅度下降到0.442、0.318μm。结论滚压、打磨抛光皆能提升车轴表面的硬度和残余应力水平,降低表面粗糙度(Ra)。相比而言,滚压的效果更理想。     

带状组织减轻或消除工艺研究现状

介绍了钢中带状组织产生的原因及危害,概述了目前常用消除或减轻带状组织的几种工艺方法.对如何确定每种工艺的关键参数进行了阐述.     

基于BTA深孔钻钻削EA4T钢的切屑形成机制研究

通过BTA深孔钻钻削EA4T钢的实验,探究在切削EA4T钢过程中切屑的形成机制。通过统计不同的切削用量所对应的切屑类型,进而分析用BTA深孔钻钻削EA4T钢过程中改变切削用量对切屑形态的影响。在此基础上反推出BTA深孔钻钻削EA4T钢时,切削用量的实际控制范围,为实际生产提供一定的理论依据。实验结果显示用BTA深孔钻钻削EA4T钢,分屑、断屑效果良好,并且可以在很大的范围内以不同的切削速度或进给量都能得到较理想的C型屑。     

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.