【摘 要】
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钢轨是铁路中重要的组成部件,随着铁路逐步向重载、高速的方向发展,由冲击、接触疲劳所致的失效现象一直没有得到很好的解决。本文的研究对象为0.29C-1.76Si-1.84Mn-Cr-Ni-Mo
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钢轨是铁路中重要的组成部件,随着铁路逐步向重载、高速的方向发展,由冲击、接触疲劳所致的失效现象一直没有得到很好的解决。本文的研究对象为0.29C-1.76Si-1.84Mn-Cr-Ni-Mo贝氏体钢,为了探寻出提高贝氏体钢的性能、延长其使用寿命的方法,对贝氏体钢的冲击性能、滚动接触疲劳性能进行了研究。根据贝氏体钢的CCT和TTT曲线制定了连续冷却和等温处理两种热处理工艺,对处理后的样品进行冲击性能和滚动接触疲劳性能测试;利用超景深显微镜、金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪对样品的形貌和组织进行分析;利用应变片测应力的方法,测试疲劳失效样品表面的残余应力。得出以下结论:连续冷却工艺中,870-930℃不同奥氏体化温度对组织、冲击韧性无明显影响;300℃回火冲击性能较好,500-550℃回火出现回火脆性现象;冷却速度<0.087℃/s,铁素体呈条块状分布在晶界处,使冲击韧性降低;冷却速度为0.087-0.144℃/s,冲击韧性较好,达到了贝氏体钢轨对冲击性能的要求。等温处理工艺中,280℃、400℃等温得到贝氏体与马氏体的复相组织,330℃、350℃等温得到贝氏体组织;330℃等温冲击韧性较高,但是仍不符合贝氏体钢轨对冲击性能的要求;等温时间对组织与冲击性能无明显影响。连续冷却工艺的滚动接触疲劳性能好于等温处理;0.087-0.144℃/s、0.144-0.432℃/s连续冷却疲劳周次较高,分别为4.31×10~5r、7.35×10~5r;对于同一组织,疲劳周次随接触应力的增加而降低,随转速的提高而降低;滚动接触疲劳失效形式主要为麻点剥落和浅层剥落;剥落坑内部形貌沿滚动方向呈锯齿状,垂直于滚动方向较平滑;接触应力相同时,不同组织的变形层深度不同,0.144-0.432℃/s连续冷却与280℃等温变形层深度为20-25μm,0.087-0.144℃/s连续冷却与330℃等温变形层深度为45-50μm;对于同一种组织,变形层深度随着接触应力的增大而增大。接触疲劳样品在测试前表面存在残余拉应力,测试后为残余压应力;对于同一组织,接触疲劳样品外层残余应力随剥落面积的增大而减小、随接触应力的增加而增大;疲劳周次与残余应力有一定联系,疲劳周次越高残余压应力越大。经过870℃奥氏体化、0.087-0.144℃/s连续冷却、300℃回火处理后,样品的冲击性能、拉伸性能都能达到国标中贝氏体钢轨的要求,而且滚动接触疲劳性能也较好,推荐为实际生产中可行的热处理工艺。
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