重载轨道用新型贝氏体钢的制备及性能研究

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1、分类号：TG142.1密级：UDC：620编号：201421802005河北工业大学硕士学位论文重载轨道用新型贝氏体钢的制备及性能研究论文作者：王宝帅学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料学指导教师：何继宁职称：教授DissertationSubmittedtoHeBeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsScienceRESEARCHONPREPARATIVETECHNIQUEANDCHARACTERISTICSOFNEWBAINITICSTEELFORHEAVYRA

2、ILbyWangBaoshuaiSupervisor:Prof.HeJiningMay2017摘要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

3、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

4、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4.31×105r、7.35×105r；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，

5、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。关键词：热处理

6、贝氏体冲击韧性滚动接触疲劳性能残余应力IABSTRACTTherailisanimportantcomponentintherailway.Failurephenomenoncausedbyimpactandrollingcontactfatigueisverycommon.Theresearchobjectofthisarticlewas0.29C-1.76Si-Mn-1.76CrNiMobainitesteel.Inordertofindoutthemethodofimprovingperformanceandprolongingthe

7、servicelifeofbainitesteeltheimpactpropertyandrollingcontactfatigueperformancewerestudied.AccordingtotheCCTandTTTcurvesofbainitesteel,continuouscoolingandisothermaltreatmentweredeveloped.Impactpropertyandrollingcontactfatiguepropertyofthesamplesweretested.Themicrostructures

8、ofthesampleswereanalyzedbymeansofmetallographicmicroscope(OM),scanningelectronmicroscopy(