D2车轮钢接触疲劳性能与组织演变的研究

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1、分类号：学校代号：10150UDC：密级：学号：20142029硕士学位论文D2车轮钢接触疲劳性能与组织演变的研究StudyonTheContactFatiguePerformanceandEvolutionofMicrostructureofD2WheelSteel学生姓名：王帅帅导师及职称：赵秀娟教授学科门类：材料科学与工程专业名称：材料科学与工程研究方向：纳米材料与表面工程申请学位级别：硕士论文答辩日期：2017616学位授予单位：大连交通大学摘要铁路在我国客运、货运中起到不可替代的作用。车轮是列车实现牵引和制动的关键部

2、件，对列车的安全性和铁路运输的正常运营具有重大的影响。随着我国高铁建设的迅速发展，列车速度的不断提高，导致车轮服役条件逐渐恶化，主要引起车轮失效的如接触疲劳损伤愈发严重。此外尽早实现高速列车车轮的国产化对铁路事业的发展具有重要意义。因此探究车轮疲劳的产生机理及提高车轮的抗剥离性能已成为铁路工作者的研究重点。本文利用GPM-30滚动接触疲劳试验机对国产D2车轮钢进行了不同应力下的接触疲劳试验，并利用光学显微镜、扫描电镜、硬度计等手段对疲劳试验后的D2车轮钢表层组织性能进行分析，探究了D2车轮钢的接触疲劳性能及其与表层组织的关系。

3、结果表明：在转速为1440r/min、滑差率为0.5%、20号机油润滑的滚滑条件下，测定D2车轮钢的疲劳极限值为1290MPa。不同接触应力下D2车轮钢的失效形式主要为起源于表面的V型疲劳剥落。机加工磨削会造成珠光体型D2车轮钢表面的塑性变形，出现厚度为0.5～1.5μm的细晶层，这一磨削细晶层在滚滑过程中形成微裂纹与微小剥落坑，成为接触疲劳损伤的疲劳源。接触疲劳损伤的形成分为四个阶段，即微裂纹和微剥落坑形成阶段、主疲劳裂纹形成阶段、主裂纹扩展阶段、二次裂纹形成扩展与疲劳剥落阶段。后三个阶段均与材料表层承受的交变应力和润滑油导

4、致的动压效应有关。疲劳裂纹优先沿着先共析铁素体和先共析铁素体与珠光体之间的界面扩展。表层先共析铁素体亚晶粒因塑性变形而细化，在次表面细化程度最大。表层到心部硬度变化趋势为先增加，后降至原始硬度。计算所得的主剪应力的最大值也出现在次表层，说明了在接触应力作用下产生的主剪应力引起了表层组织形貌与硬度的变化。关键词：D2车轮钢；接触疲劳；组织；硬度；剪应力IAbstractInourcountry，railwayplaysanirreplaceableroleinbothpassengertransportandfreighttra

5、nsport.Thecriticalcomponenttorealizethetractionandbrakingofthetrainiswheel，whichhasasignificantimpactonmaintainingthesafetyofthetrainandthenormaloperationoftherailwaytransport.Withtherapiddevelopmentofhigh-speedrailwayinourcountry，thespeedofthetrainincreasescontinuo

6、usly，whichcausesthedeteriorationofthewheel’sservicecondition.Consequently，thefailureofthewheelbecomesmoreandmoreserious，suchascontactfatiguedamages.Moreover，itisofgreatsignificancetothedevelopmentoftherailwaytorealizethelocalizationofhigh-speedtrainwheel.Therefore，t

7、oexplorethegenerationmechanismofthefatigueandimprovetheanti-strippingpropertyofthewheelhasbecomesthefocusoftherailwayworkers.Inthisexperiment，contactfatiguetestsundertheconditionsofdifferentcontactstressesareinvestigatedbyusingtheGPM-30RollingContactFatigueTester.Th

8、en，thefailedD2wheelsteelgeneratedfromtheanalogwheeloperationisanalyzedusingmachinerysuchasOpticalMicroscope，ScanningElectronMicroscope，Vic