辙叉用贝氏体钢的氢脆特性及失效机理研究

论文摘要

本文的研究目的是为了解决铁路上广泛使用的贝氏体钢辙叉的提前失效问题以及其失效机制,从而提高贝氏体钢辙叉的使用寿命以及铁路系统运行安全性,为铁路行业标准提供有力的基础数据依据。本文以铁路上广泛使用的含Mo贝氏体钢辙叉以及我们研发的含W贝氏体钢辙叉为研究对象,通过电解充氢,使试验用钢中含有不同的氢含量,通过慢应变速率拉伸试验方法,研究了这两种贝氏体钢的氢脆敏感性,从而求出这两种钢无氢脆的临界氢含量,并运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究了这两种钢氢脆敏感性不同的原因。此外,运用纳米压痕及划痕以及穆斯堡尔谱等试验方法,研究了贝氏体钢辙叉提前失效的形式以及原因,并对其失效机理进行了探讨。研究结果表明:这两种钢都是对氢敏感的钢种,而且含Mo钢的氢脆敏感性比含W钢的高;含Mo钢的无氢脆临界氢含量为0.6 ppm,而含W钢为0.7 ppm;贝氏体钢辙叉失效形式是磨损、脆性裂纹及疲劳剥落;失效辙叉表面裂纹是接触疲劳所致,而次表面裂纹是接触疲劳和氢共同作用的结果,裂纹沿变形组织扩展。贝氏体钢辙叉在服役过程中表面形成非晶,亚表面形成纳米晶。亚表面纳米晶层的纳米硬度和摩擦系数高于基体,而弹性模量则低于基体,从而提高辙叉的耐磨性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 贝氏体钢的研究与应用
• 1.2.1 贝氏体转变及贝氏体组织
• 1.2.2 贝氏体钢的分类
• 1.2.3 贝氏体钢在工业生产中的应用
• 1.3 氢损伤及氢对钢的性能的影响
• 1.3.1 氢在铁中的溶解度及扩散系数
• 1.3.2 氢脆的基本类型
• 1.3.3 氢损伤机理的基本假说
• 1.3.4 氢对钢的性能的影响
• 1.4 钢的氢脆敏感性及钢中氢的研究方法
• 1.4.1 钢的氢脆敏感性及其影响因素
• 1.4.2 钢中氢的研究方法
• 1.5 滚动接触疲劳
• 1.5.1 滚动接触疲劳失效
• 1.5.2 滚动接触疲劳失效表面的组织的演变
• 1.6 本文研究的主要内容及意义
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验用试样的制备
• 2.2.1 热处理试验
• 2.2.2 充氢试验
• 2.2.3 电镀试验
• 2.2.4 钢中的氢含量的检验
• 2.3 慢应变速率拉伸试验
• 2.4 金相，SEM，TEM 和XRD 分析
• 2.4.1 金相，SEM 分析
• 2.4.2 TEM 分析
• 2.4.3 X 射线衍射分析
• 2.5 纳米压痕及划痕试验
• 2.6 穆斯堡尔分析
• 2.7 本章小节
• 第3章 辙叉用贝氏体钢的氢脆特性
• 3.1 充氢及电镀试验
• 3.2 氢脆敏感性
• 3.2.1 慢应变速率拉伸试验
• 3.2.2 脆化指数及临界氢含量
• 3.3 组织形貌观察和X 射线分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 贝氏体钢辙叉的失效分析
• 4.1 失效辙叉形貌，组织及常规力学性能分析
• 4.2 失效辙叉中的氢含量分析
• 4.3 穆斯堡尔分析
• 4.4 纳米划痕和压痕分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间承担的科研任务和主要成果
• 致谢
• 个人简介