论文题目: K2转向架圆柱外弹簧疲劳失效研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料工程
作者: 付强
导师: 俞泽民,王志刚
关键词: 铁路货车,弹簧,疲劳失效
文献来源: 哈尔滨理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 我国铁路货车提速后，货车运行的工况发生较大变化：转向架采用减震弹簧，抗疲劳断裂从100万次提高到260万次；弹簧挠度、刚度等大幅度提高，对弹簧的生产提出了更高要求。 本文结合企业实际，进行大量的试验，研究开发了新型的弹簧钢材料，采用完全淬火热加工工艺，改变了传统的弹簧工作的间隙，从而使减震外簧满足抗疲劳断裂260万次以上的要求。 弹簧钢是生产优质弹簧的基础。热轧60Si2Mn弹簧钢由于有害元素P、S，以及夹杂物、表面冶金质量的影响，在疲劳试验的交变载荷作用下，表面及内部过早产生裂纹，形成疲劳断裂源。疲劳试验仅能达到100万次。在对疲劳断口分析的基础上，新弹簧钢的研究方向为：(1)钢水的炉内、炉后精炼、真空除气控制有害元素、夹杂物及气体，从内部质量控制疲劳断裂；(2)对热轧后的轧材进行表面精磨，清除脱碳层与表面发纹等缺陷；(3)制定新型弹簧钢的技术质量标准。 弹簧生产热加工过程是保证弹簧材料正常综合机械性能的必要手段。通过对我国传统的铁路货车转向架弹簧热卷制后利用余热淬火工艺生产弹簧发生早期疲劳试验断裂纹进行分析，以及对断口的淬火组织金相进行分析，发现以铁素体为主的区域强度指标明显低于马氏体组织区域，这是导致疲劳断裂的直接原因。采用热卷制后将弹簧冷却到室温重新淬火后，经金相检验完全清除了淬火软化组织。多次疲劳试验均达到了260万次。 弹簧产品设计中的工作圈与支撑圈之间的间隙，原设计中没有明确要求。在批量生产中发现疲劳断裂均发生在工作圈与支撑圈之间，具有一定的规律。经过分析发现金相组织、冶金质量没有异常，但是具有加工硬化的典型特征，裂纹源均发生在表面，微观分析裂纹附近有碎晶。在扩大工作圈与支撑圈之间间隙，保证在疲劳试验中不接触的样品疲劳试验中，在工作圈与支撑之间没有发生断裂。在上述试验研究基础上，在产品设计中对工作圈与支撑圈之间做出明确要求，使弹簧在加工中采取必要的工艺措施保证由点的受力接触改为面的接触。 本文对PME250kN液压疲劳试验机、CSS1100型电子万能材料试验机
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 疲劳失效概述
1.3 疲劳失效研究现状
1.3.1 国外发展现状
1.3.2 国内发展现状
1.3.3 铁路货车弹簧生产存在的问题
1.4 本文研究的目的和内容
1.4.1 本文研究的目的
1.4.2 本文研究的内容
第2章 试验方法
2.1 原材料
2.2 试样制备
2.2.1 疲劳试验用弹簧的加工流程
2.2.2 取样部位
2.2.3 试样形状及尺寸
2.3 疲劳试验方法
2.3.1 疲劳试验载荷
2.3.2 弹簧动挠度变化范围
2.3.3 弹簧刚度和自由高测试
2.3.4 组织观察及夹杂物分析
2.3.5 裂纹探伤
2.3.6 试验结果评定
2.4 本章小结
第3章 原材料对弹簧疲劳寿命的影响
3.1 60Si_2Mn钢弹簧疲劳寿命研究
3.1.1 弹簧实测刚度与自由高
3.1.2 外簧疲劳试验载荷及动挠度
3.1.3 疲劳试验结果
3.1.4 断裂弹簧的取样分析
3.1.5 弹簧疲劳失效分析
3.2 40T钢弹簧疲劳寿命研究
3.2.1 弹簧实测刚度与自由高
3.2.2 外簧疲劳试验载荷及动挠度
3.2.3 疲劳试验结果
3.2.4 疲劳试验失效分析
3.3 60Si_2CrVAT钢弹簧疲劳寿命研究
3.3.1 60Si_2CrVAT弹簧钢的主要质量指标
3.3.2 弹簧实测刚度与自由高
3.3.3 外簧疲劳试验载荷及动挠度
3.3.4 疲劳试验结果
3.4 本章小结
第4章 热加工工艺对弹簧疲劳寿命的影响
4.1 余热淬火工艺对疲劳寿命的影响
4.1.1 刚度和自由高实测结果
4.1.2 外簧疲劳试验载荷及动挠度
4.1.3 疲劳试验结果
4.1.4 疲劳失效原因分析
4.2 重新加热淬火对疲劳寿命的影响
4.2.1 外簧刚度和自由高实测结果
4.2.2 外簧疲劳试验载荷及动挠度
4.2.3 疲劳试验结果
4.2.4 金相组织
4.3 本章小结
第5章 卷制几何尺寸对疲劳寿命的影响
5.1 疲劳试验
5.2 试验结果分析
5.2.1 宏观观测
5.2.2 化学分析
5.2.3 断口的扫描电镜分析
5.2.4 金相分析
5.2.5 硬度测量
5.3 本章小结
结论
参考文献
工程硕士研究生简历
致谢
发布时间: 2006-12-12
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