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机械强度 2023年第4期45卷 820-825页

作者：王朝瀚徐田曾东方鲁连涛西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

通过超声波探伤确定缺陷在CL65车轮轮辋中的位置,取出了含有缺陷的毛坯试样,并加工成疲劳试样。在岛津电液伺服疲劳试验机上进行疲劳试验,获得含缺陷试样的疲劳寿命,并分析了缺陷的形状、尺寸与化学成分。结果表明,疏松缺陷的主要成分为... 详细信息

通过超声波探伤确定缺陷在CL65车轮轮辋中的位置,取出了含有缺陷的毛坯试样,并加工成疲劳试样。在岛津电液伺服疲劳试验机上进行疲劳试验,获得含缺陷试样的疲劳寿命,并分析了缺陷的形状、尺寸与化学成分。结果表明,疏松缺陷的主要成分为MnS,夹杂物缺陷的主要成分为硬质氧化物,含疏松缺陷试样的疲劳寿命高于含夹杂物缺陷试样。结合镶嵌应力理论建立有限元模型,分析了两种缺陷对车轮材料疲劳性能影响的差异。与夹杂物缺陷相比,疏松缺陷和基体界面上的镶嵌应力显著降低,缺陷周围应力集中程度小。因此,含MnS疏松对车轮材料疲劳性能的危害程度明显小于氧化物夹杂。

关键词：夹杂物缺陷疏松缺陷硫化锰硬质氧化物镶嵌应力

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硬质夹杂物塑性化对车轮钢增韧缓裂特性的影响

硬质夹杂物塑性化对车轮钢增韧缓裂特性的影响

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作者：王朝瀚西南交通大学

学位级别：硕士

车轮作为铁路车辆承载和传递动力的重要部件,对机车安全运行起着至关重要的作用,根据近年来对失效车轮情况的统计,造成铁路车轮失效的的源头主要在于车轮钢中的夹杂物。因为夹杂物无法完全去除,所以利用硬质夹杂物塑性化技术,提高车轮... 详细信息

车轮作为铁路车辆承载和传递动力的重要部件,对机车安全运行起着至关重要的作用,根据近年来对失效车轮情况的统计,造成铁路车轮失效的的源头主要在于车轮钢中的夹杂物。因为夹杂物无法完全去除,所以利用硬质夹杂物塑性化技术,提高车轮钢中的硫含量,使软夹杂Mn S形成对AlO等硬质夹杂物的包覆,来改善车轮钢的力学性能。针对上述需求,本文研究了硬质夹杂物塑性化对车轮钢增韧缓裂的机理。首先,对两种不同硫含量车轮钢中的夹杂物特征进行了分析,从踏面下不同深度的夹杂物分布、夹杂物的尺寸和形态以及夹杂物的种类等角度进行了对比,确定了低硫含量车轮钢以Mn S和硬质夹杂物为主要夹杂物,高硫含量车轮钢以Mn S和复合延性夹杂物为主要夹杂物,为后面解释高硫含量车轮钢的增韧缓裂机理提供数据支持。然后对两种车轮钢材料取样进行了单轴拉伸和断裂韧度实验,并根据拉伸试验数据求得了试样从开始拉伸到断裂消耗的应变能密度,之后对两种车轮钢材料进行了裂纹扩展速率实验,并利用Paris公式拟合实验数据得到了裂纹扩展速率曲线。为了解释高硫含量车轮钢的缓裂机理,基于镶嵌应力理论建立了含夹杂物的紧凑拉伸试样有限元模型,考虑了裂纹穿透夹杂物和裂纹未穿透夹杂物两个不同的工况,来分析车轮钢中不同夹杂物对裂纹扩展的干涉。在裂纹穿透夹杂物的情况下,由于高硫含量车轮钢材料的夹杂物与基体能协调变形,其裂纹前缘应力强度因子低于低硫含量车轮钢材料;在裂纹未穿透夹杂的情况下,高硫含量车轮钢材料中裂纹裂尖的应力强度因子比低硫含量车轮钢材料的要更低,并且在裂纹扩展的过程中,裂纹转向夹杂物的程度也小于低硫含量车轮钢材料。因此,高硫含量车轮钢材料在裂纹扩展初期的裂纹扩展速率低于低硫含量车轮钢材料,随着裂纹长度的增加,试验载荷对裂纹扩展的主导作用增强,而夹杂物属性的影响减小,导致两种材料的裂纹扩展速率逐渐趋于一致。为了解释高硫含量车轮钢的增韧机理,对影响车轮钢断裂韧度的内在因素进行了分析。两种车轮钢材料的组织结构相同,晶粒尺寸和珠光体片层距处于同一水平;在夹杂物缺陷方面,根据Goodier公式计算的结果与有限元模型计算的结果相一致,其显示硬质夹杂物与基体界面径向的应力集中程度要大于复合延性夹杂物与基体界面径向的应力集中程度,复合延性夹杂物要在更大的外加载荷下才能实现夹杂物与基体之间的分离,从而高硫含量车轮钢中更不易从夹杂物处萌生微裂纹,这是造成高硫含量车轮钢的断裂韧度高于低硫含量车轮钢的断裂韧度的原因。

关键词：复合延性夹杂物车轮钢镶嵌应力裂纹扩展速率断裂韧度

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S含量对高速车轮钢断裂韧性影响的研究

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金属学报 2011年第8期47卷 978-983页

作者：马跃潘涛江波崔银会苏航彭云钢铁研究总院结构材料研究所北京100081 马钢股份有限公司技术中心马鞍山243000

研究了S含量对高速车轮钢断裂韧性的影响.结果显示,适当提高车轮钢中的S含量,可以有效提高断裂韧性.对夹杂物的分析表明,S含量为0.001%(质量分数)的车轮钢中Al_2O_3和Al_2O_3+(Ca,Mg)O的氧化物夹杂相对较多,而MnS夹杂物较少.在相近的O... 详细信息

研究了S含量对高速车轮钢断裂韧性的影响.结果显示,适当提高车轮钢中的S含量,可以有效提高断裂韧性.对夹杂物的分析表明,S含量为0.001%(质量分数)的车轮钢中Al_2O_3和Al_2O_3+(Ca,Mg)O的氧化物夹杂相对较多,而MnS夹杂物较少.在相近的O含量水平下,将S含量从0.001%提高到0.006%,车轮钢中夹杂物形态发生变化,主要形成MnS包裹在Al_2O_3表面的复合夹杂物.断裂韧性的提高与夹杂物种类和形态的变化有关.应用镶嵌应力理论分析表明,MnS包裹在Al_2O_3表面后,相比于单独Al_2O_3夹杂物,可改善复合夹杂物周围的应力集中,从而改善断裂韧性.

关键词：车轮钢断裂韧性夹杂物镶嵌应力

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