热处理及Cr含量对珠光体钢轨钢疲劳裂纹扩展的影响

作     者：王东梅 蒋宏利 王业双 刘东 刘畅 陈林 Wang Dongmei;Jiang Hongli;Wang Yeshuang;Liu Dong;Liu Chang;Chen Lin

作者机构：内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010 北奔重型汽车集团有限公司内蒙古包头014030 鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司辽宁营口115007 

出 版 物：《金属热处理》 (Heat Treatment of Metals)

年 卷 期：2024年第49卷第4期

页      面：55-61页

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：内蒙古自治区自然科学基金(2020BS05035) 内蒙古科技大学创新基金(2019QDL-B04) 内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(171) 内蒙古自治区科技重大专项(ZDZX2018024) 

主　　题：珠光体钢轨钢 热处理 Cr含量 疲劳裂纹扩展 

摘      要：利用SincoTec电磁共振高频疲劳试验机测定了Cr含量不同的两种珠光体钢轨钢的疲劳性能。通过对疲劳裂纹扩展速率曲线、疲劳断口形貌以及断口夹杂和析出进行分析,研究了热处理工艺及Cr含量对钢轨钢的疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明,低Cr试验钢最佳热处理工艺是以8℃/s的冷速冷却至560℃等温30 s,相比于轧态,疲劳寿命由78.8万次提高到91.4万次,提升了16.0%。而相同热处理条件的高Cr试验钢的疲劳寿命由轧态的81.2万次提高到104.3万次,提升了28.4%。优化热处理工艺和Cr含量的提高改善试验钢的疲劳性能归因于珠光体片层间距以及珠光体团尺寸的显著减小。因为一方面其增加了裂纹扩展阻力,降低疲劳辉纹间距的同时增加疲劳台阶数量;另一方面其还能够阻碍疲劳主裂纹的生长,增加能够得到二次裂纹的晶粒位相,提高二次裂纹发生概率。此外,Cr含量提高还能促使(Fe,Cr)3C第二相粒子在试验钢疲劳Ⅱ区的析出,这能够阻碍位错运动,进而降低疲劳裂纹扩展速率。