轨道交通用耐寒扭杆材料的研究

作     者：付丽秦 

作者单位：湖南工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王进

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：调质钢 弹簧钢 低温冲击功 韧脆转变温度 

摘      要：高速动车组在极寒地区的使用,对材料的低温性能提出了更高更严的要求。扭杆装置是保证列车运行平稳、安全的重要部件,因此,扭杆材料的低温性能至关重要。扭杆的力学性能是通过其组成材料的成分和热处理两方面来保证的,而低温冲击功是工程应用中判定材料是否满足低温条件使用的重要设计依据。本文通过优化化学成分和热处理工艺,研制出了满足使用要求的耐寒扭杆材料,并对扭杆材料的机械性能测量、各温度下的冲击功、组织结构等进行了测试和分析。研究主要内容如下:1.对现有应用于满足常温条件使用的扭杆材料42CrMo和52CrMoV4进行低温性能测试,并根据测试结果得出材料相应的韧脆转变温度。其中,42CrMo材料韧脆转变温度约为-50℃,说明在使用范围内已经存在危险,不符合使用条件。而52CrMoV4韧脆转变温度约为-80℃,能够满足使用需求。2.研究了热处理工艺对扭转臂材料42CrMo常温机械性能及低温冲击韧性的影响。42CrMo钢为调质钢,其贝氏体形成能力强,最终热处理工艺选择淬火(860℃)+高温回火(600℃),淬火保温150min,回火保温180min,淬火冷却方式为水冷。3.与钢厂联合研究设计出满足-50℃长期使用的扭转臂材料42CrMoA,该材料是在原有扭转臂材料42CrMo的基础上进行优化,即增加Cr、Mn、Mo三种合金元素含量,而降低有害元素Cu、P、S含量,最终选择成分配比为:Cr:1.00.20%;Mo:0.19.25%;Mn:0.60.90%;Cu最高不超过0.30%;P:最高不超过0.015%;S:最高不超过0.015%。对改善后的材料进行优化后的热处理工艺,并进行了低温性能测试和组织结构分析。结果表明,优化后材料的机械性能和低温冲击功都有明显提高,材料的韧脆转的变温度约为-80℃,此温度远远低于列车运行要求。4.用上述最终符合要求的材料和热处理工艺做成了扭杆轴和扭转臂实际产品,进行了特定低温条件下的扭杆系统整体低温刚度、弹性及疲劳试验。结果表明,产品低温试验后扭杆轴和扭转臂没有出现裂纹、裂缝等缺陷,整体性能符合标准要求,即两种材料研制的产品均满足列车运行环境温度(-50℃)需求。