【摘要】：車軸作為列車的關(guān)鍵零部件之一,其質(zhì)量的好壞直接關(guān)乎列車能否安全有效地運(yùn)行。而由氫導(dǎo)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(kuò)散有關(guān)。為了探究車軸鋼中的氫擴(kuò)散行為及氫鼓泡的形成條件,本文采用電化學(xué)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(chǎn)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(kuò)散機(jī)理。研究結(jié)果表明:(1)四種試驗(yàn)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(yàn)鋼的表觀氫擴(kuò)散系數(shù)D_(ap)隨之增大,當(dāng)I_∞達(dá)到一定值時(shí),繼續(xù)增大I_∞,D_(ap)不在增大,達(dá)到穩(wěn)定值,此時(shí)的D_(ap)即可近似認(rèn)為試驗(yàn)鋼的氫擴(kuò)散系數(shù)D_0。通過對比分析四種試驗(yàn)鋼的D_0以及產(chǎn)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(dá)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(kuò)散系數(shù)低了一個數(shù)量級,而要產(chǎn)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(xué)性能對鋼的氫擴(kuò)散行為有重要影響,一般情況下,隨著抗拉強(qiáng)度的升高,鋼的抗氫脆敏感性往往降低。室溫下力學(xué)測試結(jié)果表明,四種試驗(yàn)鋼均表現(xiàn)出了良好的綜合力學(xué)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(xì)小、均勻分布的鐵素體+珠光體組成。通過對比分析力學(xué)性能與氫擴(kuò)散行為的關(guān)系可知,車軸鋼的屈服強(qiáng)度以及斷面收縮率與氫擴(kuò)散行為沒有必然的聯(lián)系,而隨著抗拉強(qiáng)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(qiáng)度雖然高達(dá)1038 MPa,卻表現(xiàn)出了良好的抗氫脆敏感性,這與其化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)以及良好的塑韌性有關(guān)。(3)四種試驗(yàn)鋼氫擴(kuò)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?xiàng)l件下產(chǎn)生的氫陷阱的種類以及數(shù)量等存在差異。經(jīng)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(xì)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(kuò)散的能力,增加了氫的固溶。因此,LZ45CrV車軸鋼具有較低的氫擴(kuò)散系數(shù)和高的產(chǎn)生氫鼓泡的臨界氫濃度。經(jīng)一次回火+調(diào)質(zhì)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(yàn)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(qiáng)陷阱以及在F基體內(nèi)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(kuò)散系數(shù)低、產(chǎn)生氫鼓泡的臨界氫含量高。對于DZ1以及DZ2試驗(yàn)鋼而言,碳化物的數(shù)量雖然基本相同,但是DZ1試驗(yàn)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(yàn)鋼相比,固溶的氫原子數(shù)量多,氫擴(kuò)散系數(shù)較小。SEM以及TEM測試結(jié)果表明,DZ1試驗(yàn)鋼中F基體上析出的碳化物整體分布不均勻、而DZ2試驗(yàn)鋼中的析出物主要沿著再結(jié)晶晶界處聚集析出,從而導(dǎo)致DZ1以及DZ2試驗(yàn)鋼中氫原子在析出物聚集處富集,使得產(chǎn)生氫鼓泡的臨界氫濃度較低。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(chǎn)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(xué)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(zhì)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(chǎn)。由于殘余壓應(yīng)力可以有效提高車軸的疲質(zhì)來生產(chǎn)車軸，都應(yīng)盡可能的采取有效措施來提高車?yán)瓚?yīng)力，這是國外各國共同努力的方向。圖 1-2 為金度的關(guān)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(xiàn)】

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8 鄒靜;雷e

本文編號：2796580