高锰钢时效的研究

论文摘要

本文研究的目的是通过探索高锰钢的时效处理来寻找优化高锰钢辙叉制造工艺的途径。高锰钢作为优良的耐磨材料广泛应用于铁路辙叉等耐磨领域,同时作为亚稳材料,室温下即有析出碳化物的趋势,给予能量就可能发生脱溶分解,析出碳化物,使组织与性能发生变化。本论文以辙叉用高锰钢为研究对象,对其进行了普通加热时效、变形时效和应变诱发时效,并运用金相、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究了不同时效处理后高锰钢微观组织和性能的变化,同时对时效过程中高锰钢的加工硬化和滚动接触疲劳性能进行了分析研究。研究表明:在加热时效中,高锰钢加热到400℃即开始析出碳化物,高锰钢即严重脆化,高锰钢辙叉时效处理最佳温度为350℃;在变形时效中,形变高锰钢首先发生低温回复,硬度下降,随后到脱溶分解的前期和后期,硬度回升和再次下降;在应变诱发时效中,在1800MPa的接触应力作用下,高锰钢在100℃时经过40小时的时效即可完成脱溶分解,析出碳化物。高锰钢时效过程中,随着额外机械能的增加,完成脱溶分解所需要的温度是逐渐降低的。同时研究发现,辙叉用高锰钢在压缩状态下的加工硬化机制主要为孪晶硬化。高锰钢辙叉在服役过程中踏面温升约为150℃。在1800MPa接触应力的作用下,辙叉用高锰钢的滚动接触疲劳寿命约为1.2×106周次,过载量约为5Mt,远远低于实际高锰钢辙叉的过载量。接触表面以疲劳剥落的方式失效。硬化层仅为1.5mm深,最大硬度可达700HV。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 脱溶分解
• 1.2.1 脱溶贯序
• 1.2.2 空位在脱溶过程中的作用
• 1.2.3 时效硬化
• 1.2.4 时效的分类
• 1.3 高锰钢的研究现状
• 1.3.1 高锰钢的应用和成分特点
• 1.3.2 高锰钢的热处理
• 1.3.3 高锰钢的力学性能
• 1.3.4 提高高锰钢耐磨性的措施
• 1.4 高锰钢的加工硬化机制
• 1.5 滚动接触疲劳
• 1.5.1 滚动接触疲劳现象
• 1.5.2 滚动接触表面组织的变化
• 1.5.3 高锰钢滚动接触疲劳性能的研究
• 1.5.4 TLP-28（线式）滚动接触疲劳试验机简介
• 1.6 本文研究的主要内容
• 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 滚动接触疲劳试样
• 2.2.2 常规力学性能试样
• 2.3 高锰钢的时效处理
• 2.3.1 加热时效处理
• 2.3.2 变形时效处理
• 2.3.3 形变诱发时效处理
• 2.4 高锰钢的力学性能试验
• 2.5 高锰钢的滚动接触疲劳试验
• 2.6 微观组织和性能的分析方法
• 2.7 本章小节
• 第3章 试验结果及分析
• 3.1 加热时效结果分析
• 3.1.1 力学性能分析
• 3.1.2 金相组织分析
• 3.1.3 X 射线衍射分析
• 3.1.4 扫描分析
• 3.1.5 本节小结
• 3.2 变形时效结果分析
• 3.2.1 压缩状态加工硬化分析
• 3.2.2 变形时效后金相分析
• 3.2.3 变形时效后X 射线分析
• 3.2.4 变形时效后硬度分析
• 3.2.5 本节小结
• 3.3 应变诱发时效结果分析
• 3.3.1 疲劳寿命的测试
• 3.3.2 疲劳失效的判断
• 3.3.3 疲劳表层宏观形貌
• 3.3.4 疲劳表层的金相和扫描分析
• 3.3.5 疲劳表层的硬度分析
• 3.3.6 疲劳表层的TEM 分析
• 3.3.7 疲劳表层的X 射线衍射分析
• 3.3.8 本节小结
• 3.4 本章小结
• 第4章 分析与讨论
• 4.1 热能对时效的影响
• 4.2 机械能对时效的影响
• 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
• 作者简介