【摘要】：車軸作為列車的關鍵零部件之一,其質量的好壞直接關乎列車能否安全有效地運行。而由氫導致的在車軸鋼表面形成的鼓泡是車軸失效的原因之一,氫鼓泡的形成與氫在鋼中的擴散有關。為了探究車軸鋼中的氫擴散行為及氫鼓泡的形成條件,本文采用電化學充氫法研究了30NiCrMoV12、DZ1、DZ2三種高速車軸鋼以及LZ45CrV重載車軸鋼的氫滲透特性以及產生氫鼓泡的臨界氫濃度。利用金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡/能譜(TEM/EDS)等表征手段分析車軸鋼中氫的擴散機理。研究結果表明:(1)四種試驗鋼的氫滲透特性表現(xiàn)出了相同的變化規(guī)律,即隨著充氫電流密度I_∞的增大,試驗鋼的表觀氫擴散系數(shù)D_(ap)隨之增大,當I_∞達到一定值時,繼續(xù)增大I_∞,D_(ap)不在增大,達到穩(wěn)定值,此時的D_(ap)即可近似認為試驗鋼的氫擴散系數(shù)D_0。通過對比分析四種試驗鋼的D_0以及產生氫鼓泡的臨界充氫電流密度I_0~*和臨界氫濃度C*后發(fā)現(xiàn),四種試樣鋼D_0呈現(xiàn)出了與I_0~*、C*相反的變化規(guī)律,即隨著D_0的減小,I_0~*和C*都隨之增大。其中,30NiCrMoV12試樣鋼的D_0最小,只有0.288×10~-66 cm~2/s,C*最大,高達41.93 wppm;而DZ2的D_0最大,值為3.100×10~-66 cm~2/s,C*最小,只有11.01wppm,30NiCrMoV12試樣鋼較DZ2相比,氫擴散系數(shù)低了一個數(shù)量級,而要產生氫鼓泡所需要的臨界氫濃度高出了30.92 wppm,表明其抗氫脆敏感性最好。(2)力學性能對鋼的氫擴散行為有重要影響,一般情況下,隨著抗拉強度的升高,鋼的抗氫脆敏感性往往降低。室溫下力學測試結果表明,四種試驗鋼均表現(xiàn)出了良好的綜合力學性能。通過對金相組織觀察以及原奧氏體晶粒度評級可知,三種高速車軸鋼的組織都為回火索氏體,且晶粒度級別都在8級以上,重載車軸鋼的組織則由細小、均勻分布的鐵素體+珠光體組成。通過對比分析力學性能與氫擴散行為的關系可知,車軸鋼的屈服強度以及斷面收縮率與氫擴散行為沒有必然的聯(lián)系,而隨著抗拉強度的增加以及斷后伸長率的減小,車軸鋼的D_0隨之減小、C*隨之增大。其中,30NiCrMoV12試樣鋼的抗拉強度雖然高達1038 MPa,卻表現(xiàn)出了良好的抗氫脆敏感性,這與其化學成分、組織結構以及良好的塑韌性有關。(3)四種試驗鋼氫擴散行為存在差異的根本原因是由于不同成分以及不同熱處理條件下產生的氫陷阱的種類以及數(shù)量等存在差異。經兩次正火+一次回火熱處理工藝處理后的LZ45CrV車軸鋼,具有組織均勻、晶粒細小、P片間距小以及較大的VC粒子均勻析出在F中的特征。晶界、相界以及VC粒子作為氫陷阱減少了氫滲透和擴散的能力,增加了氫的固溶。因此,LZ45CrV車軸鋼具有較低的氫擴散系數(shù)和高的產生氫鼓泡的臨界氫濃度。經一次回火+調質處理后的三種高速車軸鋼中的氫陷阱主要是以呈棒狀以及等軸狀Fe_3C型第二相析出物為主,其中30NiCrMoV12試驗鋼中還存在少量呈球狀的Mo_2C型碳化物。大量沿著馬氏體板條方向均勻析出的Fe_3C型碳化物作為氫的不可逆強陷阱以及在F基體內固溶的作為可逆氫陷阱的Ni,使得30NiCrMoV12試樣中固溶的氫含量高、且氫原子分布均勻,使得氫擴散系數(shù)低、產生氫鼓泡的臨界氫含量高。對于DZ1以及DZ2試驗鋼而言,碳化物的數(shù)量雖然基本相同,但是DZ1試驗鋼中F基體上析出的Fe_3C型碳化物尺寸較大,且部分粗化的碳化物呈不規(guī)則多邊形狀析出,與DZ2試驗鋼相比,固溶的氫原子數(shù)量多,氫擴散系數(shù)較小。SEM以及TEM測試結果表明,DZ1試驗鋼中F基體上析出的碳化物整體分布不均勻、而DZ2試驗鋼中的析出物主要沿著再結晶晶界處聚集析出,從而導致DZ1以及DZ2試驗鋼中氫原子在析出物聚集處富集,使得產生氫鼓泡的臨界氫濃度較低。
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1
【圖文】：

圖 1-1 鐵路車軸各組成部位示意圖e 1-1 Schematic drawing of various sections of a railw指用于生產火車車軸的專業(yè)用鋼。車軸鋼一車軸鋼可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。車軸鋼研究現(xiàn)狀鐵路誕生于 1825 年的英國[14]。在隨后的近的發(fā)展伴隨著鐵路的發(fā)展取得了非凡的成就

ble1-1 The chemical composition of the axle steel on some nati化學成分（%）C Si Mn Cr Mo4 0.25~0.29 0.15~0.40 0.60~0.90 0.40~0.60 0.40i3 0.27~0.34 0.10~0.40 0.25~0.60 0.60~0.90C 0.35~0.41 0.15~0.35 0.60~0.90oA 0.45~0.59 ≥0.15 0.60~0.90 目前國外車軸的材質整體上呈現(xiàn)逐漸從碳素鋼向中、國國情不同，發(fā)展的思路有所差異 。日本車軸鋼的工藝參數(shù)等要求較高，不易控制；歐洲使用的車軸鋼易于生產。由于殘余壓應力可以有效提高車軸的疲質來生產車軸，都應盡可能的采取有效措施來提高車拉應力，這是國外各國共同努力的方向。圖 1-2 為金度的關系圖[19]。

48,52]。圖1-3 車軸疲勞斷裂示意圖[45,48,52]Figure 1-3 Schematic diagram of the fatigue fracture process[45,48,52]

【參考文獻】

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本文編號：2796580