高速机车车轴钢组织细化及其强韧化途径的初步探索研究

摘要

高速重载机车是用于货运的动力式机车，它必须具备承受重载的车轮轴，否则机车就不可能安全、重载、高速地运行。目前由某企业自主开发生产的EA4T车轴钢已经在高速重载机车上广泛使用。
　　本文针对高速重载机车用EA4T车轴钢在900℃淬火，600℃高温回火的调质工艺下，R/2处与心部存在的带状组织及晶粒细化的问题进行了新的热处理工艺和脉冲电流辅助加热处理新工艺研究。通过大量工艺试验和冲击、拉伸性能测试、组织观察，确定了带状组织消除及晶粒细化和均匀化的新工艺：
　　（1）试样在电炉中930℃加热，通入强度为1200A，频率为50HZ的脉冲电流，保温180min后，并按照热模拟整轴心部冷却曲线进行冷却。可基本消除带状组织，先共析铁素体的量明显减少、尺寸细化，组织均匀性和成分均匀化提高。
　　（2）试样在860℃保温20min，分别以20℃/min、50℃/min和空冷（100℃/min左右）的速度进行冷却，在冷却过程中通入频率为50HZ和强度为1200A的脉冲电流。可部分消除带状组织，先共析铁素体量明显减少、块尺寸细化，组织均匀性和成分均匀化提高。
　　（3）传统热处理工艺，EA4T钢晶粒尺寸不均匀，有明显的混晶现象，轴向显微组织观察发现有铁素体带状组织。其近表面（平均冷速110℃/min）纵向冲击值55J，σs=575.0MPa，σb=770.0MPa，δ（﹪）=20.20％，Ψ（﹪）=62.47％。在不同冷速下通入脉冲电流的力学性能如下，冷速20℃/min的纵向冲击值为58J，σs=665.4MPa，σb=823.8MPa，δ（﹪）=20.97％，Ψ（﹪）=66.85％；冷速50℃/min的纵向冲击值为59J，σs=699.5MPa，σb=857.0MPa，δ（﹪）=19.49％，Ψ（﹪）=67.20％；空冷（平均冷速100℃/min）的纵向冲击值为58J，σs=761.5MPa，σb=885.0MPa，δ（﹪）=20.86％，Ψ（﹪）=63.27％，各项力学性能指标都达到了西门子标准并优于传统热处理工艺。
　　（4）采用临界点附近加热的新工艺，显微组织中存在少量小块状未溶铁素体。在临界点附近采用电脉冲加热状态，晶粒尺寸可细化到10～11级，没有未溶铁素体，且晶粒尺寸较为均匀。经高温回火，抗拉强度平均可达880MPa、冲击韧性(断口深度2mm)平均达185J、延伸率20.0％、断面收缩率67.0％。各项力学性能均优于传统热处理工艺。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 铁路车轴钢概述

1.3 车轴钢强韧化方式

第二章 EA4T 车轴钢

2.1 EA4T 车轴钢概述

2.2 EA4T 车轴钢化学成分

2.3 相关物理常数

2.4 光学显微组织形态

2.5 EA4T 车轴钢存在问题

2.6 课题来源及研究内容

第三章 试样加工与试验方法

3.1 脉冲电流加热设备

3.2 试样加工

3.3 热处理工艺方案

3.4 分析与测试方法

3.5 本章小结

第四章 脉冲电流加热对 EA4T 车轴钢带状组织的影响

4.1 金相显微组织

4.2 冷却过程脉冲电流加热处理后的力学性能

4.3 试验结果分析

4.4 本章小结

第五章 EA4T 车轴钢脉冲电流加热处理晶粒细化的初步探索

5.1 试验方法

5.2 EA4T 车轴钢晶粒细化结果

5.3 金相显微组织分析

5.4 EA4T 车轴钢脉冲电流加热处理的力学性能

5.5 试验结果分析

5.6 本章小结

第六章 结 论

6.1 主要结论

6.2 本工作创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

附 录

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