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氢与残余奥氏体对贝氏体钢磨损和滚动接触疲劳行为的影响

作　者: 但锐
导　师: 张明; 张福成
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 无碳化物贝氏体钢铁路辙叉摩擦磨损氢脆马氏体相变滚动接触疲劳残余奥氏体
分类号: TG142.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文的研究目的是为了解决铁路上使用的贝氏体钢辙叉的提前失效问题以及掌握其失效机制，确定氢和残余奥氏体在铁路辙叉用贝氏体钢疲劳失效过程中的作用，从而为铁路辙叉材料设计提供理论指导。本文以自主设计的两种含铝贝氏体辙叉钢为研究对象，通过电解充氢，摩擦磨损和滚动接触疲劳，进行了实验，并运用扫描电镜和X射线衍射等方法研究了氢和残余奥氏体对摩擦磨损和滚动接触疲劳的影响，并探讨了作用机理。摩擦磨损实验结果表明：在实验中的氢含量范围内，氢可以明显的提高贝氏体辙叉钢的耐磨性；贝氏体钢的耐磨性能明显高于高锰钢。贝氏体辙叉钢在载荷400N下为磨粒磨损机制，在1000N下为粘着磨损。氢降低贝氏体辙叉钢中残余奥氏体的稳定性，在摩擦磨损过程中，氢促进贝氏体辙叉钢残余奥氏体相发生应变诱发马氏体相变，使贝氏体辙叉钢摩擦磨损表面的硬度显著提高，在加工硬化和应变的共同作用下，增强了贝氏体辙叉钢的抗摩擦磨损的能力。滚动接触疲劳实验结果表明：贝氏体钢的疲劳寿命达到了5×106周次；氢能明显降低贝氏体辙叉钢的疲劳寿命；残余奥氏体对贝氏体辙叉钢的滚动接触疲劳性能影响显著。在滚动接触疲劳条件下，磨损速率大于微裂纹的扩展速率，贝氏体钢表层微裂纹难以扩展进入亚表层；氢促进疲劳裂纹的形成和扩展，加速贝氏体钢的疲劳失效；残余奥氏体硬化和相变吸收巨大能量，同时较多的残奥保证了表面的良好接触，延缓疲劳裂纹的萌生，但在转动周次超过106时，较多的应变诱发马氏体将致使表层组织硬化剥落，降低疲劳寿命。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-24
  1.1 课题背景及研究目的和意义  10-11
  1.2 贝氏体钢研究现状  11-13
    1.2.1 国内外研究进展  11-12
    1.2.2 贝氏体钢在辙叉上的应用  12-13
  1.3 钢的摩擦磨损  13-16
    1.3.1 磨损及磨损现象  13-14
    1.3.2 磨损机理及影响因素  14-15
    1.3.3 贝氏体钢的摩擦磨损性能  15-16
  1.4 钢的滚动接触疲劳  16-19
    1.4.1 滚动接触疲劳  16-17
    1.4.2 残余奥氏体对接触疲劳性能的影响  17-18
    1.4.3 影响贝氏体钢滚动接触疲劳的因素  18-19
  1.5 钢中的氢脆现象  19-22
    1.5.1 氢在钢中的溶解度及扩散系数  19
    1.5.2 氢脆的基本类型  19-20
    1.5.3 钢的氢脆敏感性及其影响因素  20-21
    1.5.4 氢对钢的性能的影响  21-22
  1.6 本文的主要研究内容  22-24
第2章实验材料与方法  24-32
  2.1 实验材料  24
  2.2 实验用试样的制备  24-25
    2.2.1 热处理实验  24-25
    2.2.2 充氢和电镀实验  25
  2.3 摩擦磨损实验  25-27
  2.4 滚动接触疲劳实验  27-30
    2.4.1 试验机简介  27-28
    2.4.2 试验机使用说明  28-30
    2.4.3 材料接触应力计算及试样尺寸  30
  2.5 组织及硬度分析  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章氢对无碳化物贝氏体钢磨损行为的影响  32-40
  3.1 引言  32
  3.2 试验结果与讨论  32-38
  3.3 本章小结  38-40
第4章氢与残余奥氏体对无碳化物贝氏体钢滚动接触疲劳行为的影响  40-63
  4.1 引言  40-41
  4.2 残奥含量为 11.8%的贝氏体钢的滚动接触疲劳试验  41-46
  4.3 充氢贝氏体钢的滚动接触疲劳试验  46-51
  4.4 残奥含量为 18.9%的贝氏体钢的滚动接触疲劳试验  51-55
  4.5 带预制裂纹贝氏体钢试样的滚动接触疲劳试验  55-57
  4.6 讨论  57-61
  4.7 本章小结  61-63
结论  63-64
参考文献  64-69
攻读硕士期间承担的科研任务与主要成果  69-70
致谢  70-71
作者简介  71

氢与残余奥氏体对贝氏体钢磨损和滚动接触疲劳行为的影响

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