接触应力对FCB车轮钢组织演变与性能的影响

利用双盘滚动摩擦磨损试验机进行了贝氏体车轮钢的滚动磨损试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)分析不同接触应力条件下贝氏体车轮钢次表层微观组织演变. 结果表明:在滚动磨损条件下,磨损机制由黏着磨损转变为疲劳磨损,增大接触应力对黏着磨损阶段的磨损量影响不大,但会显著增加疲劳磨损阶段的磨损量;贝氏体车轮钢在塑性变形的过程中,贝氏体铁素板条中位错逐渐增值、先累积形成小角度晶界,而后形成大角度晶界,使贝氏体铁素体发生细化;接触应力的大小影响表层组织的演变,当接触应力增至1 150 MPa时,晶粒细化为超细等轴晶,继续增加接触应力,组织变化并不明显. 接触应力大小会影响贝氏体车轮钢的表面硬度. 接触应力增加使贝氏体车轮钢的表面硬度增高,硬化层深度增大.      

原始组织对ER9车轮钢滚动接触疲劳性能的影响

利用双盘滚动接触疲劳试验机对原始组织分别为片状珠光体+先共析铁素体(P+PF)和回火索氏体(TS)的ER9车轮钢试样进行滚动接触疲劳试验,并对结果进行了分析。结果表明:在油润滑条件下,原始P+PF试样的滚动接触疲劳寿命是TS试样的2.8倍.?其原因是原始的P+PF的试样表面存在厚约1?μm的机加工细晶层,而TS试样无明显细晶层,在疲劳过程中,P+PF试样会优先在细晶层内萌生浅层裂纹并平行于表面扩展形成浅层剥落,而后在细晶层剥落的区域萌生疲劳裂纹,而TS试样则直接在试样表面萌生疲劳裂纹.?经过1×105周次在空气中的预磨损后,两种不同原始组织的试样表面均被强化,滚动接触疲劳寿命均有大幅度的提升.?但由于P+PF试样预磨损过程中机加工细晶层的剥落以及产生了少量的疲劳磨损,部分疲劳磨损裂纹成为滚动接触疲劳裂纹的裂纹源,而预磨损后的TS试样的表层形成分布更为均匀的细晶层,故预磨损后的TS试样的滚动接触疲劳寿命远高于P+PF试样.      

D2车轮钢原始组织对滑动磨损性能的影响

采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验,研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响. 结果表明:以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主,而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄,其内的铁素体细化成纳米晶,粒状渗碳体不发生剪切变形,主要以溶解为主,不易形成较厚的白层,不发生大块剥落现象,提高耐磨性能.      

不均匀组织ER8车轮滚动接触疲劳性能研究

针对含不均匀组织ER8车轮服役过程中过早出现滚动接触疲劳(RCF)损伤这一实际问题,通过RCF试验,获得了车轮不均匀组织和正常组织的RCF极限;利用光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)重点表征了RCF裂纹萌生处的微观组织. 借助扫描电镜(SEM)和原位拉伸试验台测试了两种组织的弹、塑性能并原位观察了裂纹的扩展行为. 结果表明:车轮踏面不均匀组织的RCF极限低于轮辋正常组织,不均匀组织中除车轮正常组织应有的珠光体和先共析铁素体组织外,还存在大量的上贝氏体,上贝氏体的存在破坏了车轮正常组织的连续均匀性. RCF裂纹的萌生和扩展主要发生在上贝和正常组织的边界处,上贝氏体的硬度、弹性高于正常组织,但塑性小于正常组织,在相同接触应力作用下,两者弹-塑性变形的不协调是导致其组织边界处产生应力集中,进而诱发并促进疲劳裂纹的萌生和扩展,加速车轮RCF损伤出现的主要原因.      

低温环境下列车车轮材料磨损与损伤演变行为研究

利用低温环境装置和轮轨模拟试验机开展了室温(约20℃)与-40℃温度下列车车轮材料的滚动磨损试验,研究了-40℃下车轮材料磨损和表面与剖面损伤随循环次数的演变规律.结果表明：温度的降低对车轮材料磨损和损伤机制有明显影响.与室温相比,-40℃时车轮材料疲劳磨损明显减轻,磨损率下降.-40℃工况下车轮材料磨损与损伤的形成具有明显演变特征.在磨损初期,轮轨界面发生材料转移并在轮轨界面形成稳定的摩擦膜;摩擦膜的存在降低了车轮材料磨损率.随循环次数增加,由于低磨损率,车轮表层材料在滚动载荷作用下持续累积塑性变形.在磨损后期,累积了高塑性变形的车轮材料将促进裂纹萌生.因此在车轮试样亚表层萌生大量裂纹,亚表层裂纹相互汇合,从而加速疲劳裂纹扩展.     

钢球检测用展开轮表面微结构增摩降磨特性分析

针对钢球缺陷检测过程中,镜面钢球打滑引起的滑动摩擦导致展开轮磨损这一问题,以实现展开轮增摩降磨为目标,提出将微结构应用于钢球展开轮表面的方法.首先,应用激光微造型技术在T10A试件表面加工不同特征参数凹坑微结构,采用单因素法在MMW-1立式万能磨擦试验机上进行点接触干滑动摩擦试验;在综合考虑局部激光硬化和几何参数对磨损性能影响的基础上,结合试验数据建立基于Archard理论的微结构磨损模型;最后通过仿真技术及磨损试验验证磨损模型的正确性,进而对微结构特征参数进行优选.结果表明:在点接触干滑动摩擦工况下,提出的三种微结构表面均可以实现增摩降磨;建立的磨损模型能准确地计算磨损系数用以分析实际工况的磨损特性;优选了凹坑面积在S_2~S_4范围内的菱形微结构.提出的方法为钢球表面缺陷检测设备提供了技术支持,所建的磨损模型为干摩擦状态下凹坑微结构表面磨损程度的预测提供了理论参考.     

H13钢氧化磨损行为的研究

采用销盘式磨损试验机,对H13钢在室温、200和400℃和不同载荷条件下进行干滑动磨损试验,研究了钢的磨损行为及磨损机制.结果表明：在室温至400℃之间,200℃时钢的磨损率最低,其次为室温下的磨损率,400℃时磨损率最高.室温下钢的磨损率随载荷的提高而增加,磨损表面氧化物较少,其磨损机制主要为黏着磨损;200℃时的磨损行为极为特殊,随载荷从50增至100 N时,磨损表面出现较厚的氧化物层,故磨损率降低,载荷从100增至200 N时磨损率略提高,且显著低于室温和400℃时的磨损率,呈轻微氧化磨损特征.当环境温度达到400℃时,虽然磨损表面发生了明显的氧化,但随载荷的提高,导致基体塑性变形和热软化,导致磨损表面氧化物层剥落量增大,磨损率提高;当载荷超过150 N后材料的磨损机制由轻微氧化磨损转变为氧化磨损和塑性挤出磨损,磨损率迅速提高,为严重磨损.     

车轮钢滚动剥离摩擦磨损特性研究

在NENE-2型摩擦磨损试验机上利用往复滚动试验装置研究了不同滚滑状态下车轮钢的剥离摩擦磨损特性和碳含量对车轮钢滚动剥离磨损性能的影响.结果表明:在不同滚滑状态下摩擦副之间的摩擦力不同,平面试样的表面磨痕形貌随着不同的切向摩擦力而明显不同,随着切向摩擦力的增大滚动磨损机制亦发生改变,剥离磨损加剧且磨损深度变大,当相对滑动量增大到一定程度后,磨损表现为明显的剥层机制;碳含量对车轮钢的滚动磨损表面磨痕形貌影响显著,碳含量低时磨痕以犁沟为主,碳含量高时剥离磨损发生的概率增加.     

新型TBM刀圈材料微观组织及耐磨性能研究

TBM刀圈材料是一种对强韧性、耐磨性要求很高的合金钢材料. 目前常用的H13、DC53型TBM刀圈材料综合性能有待提高. 通过优化合金元素配比,制备出一种强韧型综合性能较好的新型TBM刀圈材料DB1,利用光学显微镜和扫描电子显微镜对DB1、H13和DC53的微观组织及断口形貌进行了观察分析,研究了不同载荷和不同硬度岩石条件下DB1与H13、DC53的磨损性能的差异,并对其磨损表面形貌进行扫描电子显微镜观察分析. 结果表明:一次碳化物的平均尺寸和含量对TBM刀圈材料的硬度、韧性及耐磨性有重要影响;适量的一次碳化物有助于提高材料的硬度及耐磨性;过多的一次碳化物会导致材料韧性急剧下降. 岩石抗压强度与刀圈具有匹配性,新型TBM刀圈材料DB1钢用于中等抗压强度的岩石时具有较好的耐磨性.      

电刷镀镍纳米镀层的结构和磨损性能

应用电刷镀技术,以快速镍镀液制备了镍纳米镀层;用X射线衍射仪和原子力显微镜分析了经不同温度下热处理后的镍刷镀层的结构和晶粒尺寸,并测定了刷镀层的显微硬度和耐磨性能.结果表明:镀层的晶粒大小随热处理温度的升高先降低而后增大,经300 ℃热处理后的镍纳米镀层的晶粒尺寸小于30 nm;镍镀层在300 ℃左右热处理时表现出较明显的强化趋势,相应镀层的晶粒尺寸最小、硬度最大;而镀层的耐磨性随热处理温度的变化与镀层的硬度略有不同,经200 ℃热处理后的镍镀层的耐磨性能最好.     

贝氏体钢在多次冲击接触载荷下的反常磨损行为研究

采用JD-125型冲击试验机对贝氏体钢表面进行40 h的往复冲击磨损试验,观察表层组织演变和磨损率的变化过程.结果表明:在6.0 J冲击下磨损率始终稳定不变,呈现出通常的冲击磨损规律;而在8.2 J冲击下,冲击10 h后磨损率急剧下降,甚至低于6.0 J冲击下的磨损率,材料显示出反常的磨损规律;8.2 J冲击下材料磨损表面出现大量非晶相,且出现少量纳米晶嵌于非晶基底中,使得普通的冲击磨损过程被强烈抑制,因此磨损率下降,其磨损表面形貌也较低能冲击下的表面更为平整和均匀.同时还证明只有冲击能量超过某个阈值,材料表面才能够形成非晶层.     

载荷及位移幅值对DLC薄膜微动磨损行为的影响

为了提高TC4钛合金表面的抗微动磨损性能,在本文中采用非平衡磁控溅技术(Unbalanced Magnetron Sputtering)在TC4钛合金表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜. 采用球/平面接触形式研究了DLC薄膜的微动摩擦磨损行为. 在不同法向载荷和位移幅值下,结合微动运行工况图研究了DLC薄膜滑移状态和损伤机理. 利用原子力显微镜、纳米压痕仪、激光拉曼光谱仪、激光共聚焦显微镜、场发射扫描电子显微镜和SRV-V微动摩擦磨损试验机等设备对DLC薄膜进行性能的表征和微动摩擦磨损性能测试. 通过微动图,摩擦耗散能,磨痕形貌、化学成分分析揭示其损伤机理. 结果表明:载荷和位移幅值对DLC薄膜微动摩擦磨损行为和损伤机理有显著影响. 当位移幅值为25 μm 时,微动运行于混合滑移(mixed slip regime,MSR)情形下,当位移幅值为100 μm时,微动运行于完全滑移(gross slip regime,GSR)情形下. 小位移幅值时,DLC薄膜磨损机理是磨粒磨损为主;大位移幅值时,DLC薄膜磨损机理是黏着磨损为主. 干摩擦条件下,DLC薄膜有良好的抗微动磨损性能,关键就在于其优异力学性能和自润滑特性.