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贝氏体/马氏体复相EA4T钢微观组织与疲劳性能研究

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摘要

1.1引言

1.2国内外车轴技术现状

1.2.1国内外车轴标准

1.2.2车轴材料的热处理

1.2.3 EA4T钢及其研究现状

1.3贝氏体/马氏体复相组织

1.3.1贝氏体/马氏体复相组织的微结构

1.3.2贝氏体/马氏体复相组织对于材料力学性能的影响

1.3.3残余奥氏体

1.3.4贝氏体/马氏体复相组织的应用前景

1.4本研究的意义与内容

2.1实验材料

2.2热处理工艺

2.3力学性能实验

2.3.1力学性能实验样品制备

2.3.2拉伸实验

2.3.3疲劳实验

2.3.4三点弯曲疲劳裂纹扩展速率实验

2.4表征与分析手段

2.4.1金相样品制备与观察

2.4.2激光共聚焦分析

2.4.3扫描电镜样品制备与观察

2.4.4 EBSD样品制备与观察

2.4.5透射电子显微镜观察

第3章EA4T钢微观组织与拉伸性能

3.1微观组织结构

3.1.1金相组织

3.1.2扫描电子显微镜表征

3.1.3 EBSD对显微组织的表征

3.1.4透射电子显微镜对微观组织结构的表征

3.1.5贝氏体/马氏体复相EA4T钢微观组织结构示意图

3.2拉伸实验

3.2.1拉伸曲线

3.2.2拉伸断口观察

3.3讨论与分析

3.4本章小结

第4章EA4T钢疲劳性能

4.1 EA4T钢疲劳性能

4.2疲劳损伤行为表征

4.2.1 EA4T钢疲劳断口观察与分析

4.2.2疲劳样品断口侧面微裂纹观察

4.3讨论与分析

4.3.1微观组织结构影响

4.3.2大角度界面影响

4.3.3工艺缺陷影响

4.4本章小结

第5章EA4T钢疲劳裂纹扩展行为

5.1疲劳裂纹扩展速率

5.2疲劳裂纹扩展断口观察

5.3疲劳裂纹扩展路径观察

5.4讨论与分析

5.4.1疲劳裂纹扩展门槛值估算

5.4.2塑性诱发裂纹闭合

5.4.3裂纹面粗糙诱发闭合

5.4.4材料微观组织结构影响

5.5本章小结

第6章全文总结

参考文献

致谢

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摘要

EA4T钢具有优异的力学性能,而且能够满足车轴材料强度、韧性等性能的要求,因此被广泛应用在高速列车车轴上。随着中国铁路货运朝着快速、重载化方向发展,高速列车运输安全对车轴材料的性能尤其是疲劳性能提出了越来越高的要求,而对于车轴材料不同热处理制度下获得的不同微观组织结构直接影响到材料的疲劳性能。因此,通过研究不同热处理工艺制度,获得车轴材料的最佳微观组织结构对保证车轴材料的疲劳性能至关重要。 本研究分别采用等温淬火工艺与调质处理工艺,获得了贝氏体/马氏体复相组织状态与回火索氏体组织状态下的EA4T钢,通过拉伸实验以及轴向拉压疲劳实验对其性能进行对比;此外又通过控制等温淬火时间来调整贝氏体组织和马氏体组织的相对比例,并采用轴向拉压疲劳实验与三点弯曲疲劳裂纹扩展速率实验探究不同贝氏体组织与马氏体组织比例下的贝氏体/马氏体复相组织对EA4T钢疲劳性能的影响规律,系统地研究了不同贝氏体含量下贝氏体/马氏体复相EA4T钢疲劳裂纹萌生行为与疲劳裂纹扩展行为。 应力控制下的拉压疲劳实验结果表明:通过调控热处理参数,贝氏体/马氏体复相EA4T钢的疲劳性能明显优于回火索氏体组织状态下的EA4T钢,贝氏体/马氏体复相EA4T钢独特的组织结构是导致其疲劳强度高于回火索氏体状态下EA4T钢的主要原因。贝氏体/马氏体复相EA4T钢的疲劳强度随着贝氏体组织含量的增加呈先升高后降低趋势,微观组织结构演变是导致疲劳强度出现以上变化的主要原因;在440℃等温2min后淬火得到的EA4T钢具有最高的疲劳强度,此时复相组织中贝氏体组织的含量大约为50vol%。 三点弯曲疲劳裂纹扩展速率实验结果表明:贝氏体/马氏体复相组织中不同组织的含量比是影响疲劳裂纹扩展速率的重要因素。贝氏体组织含量较少会导致复相EA4T钢的脆性大,疲劳裂纹主要以沿晶断裂的方式进行扩展,疲劳裂纹扩展速率较快;贝氏体组织含量较多时,复相组织强度较低,贝氏体/马氏体复相EA4T钢对于力的承载能力较差,疲劳裂纹也会较快地扩展。当贝氏体组织含量约为50-60vol%左右时,贝氏体/马氏体复相EA4T钢具有优异的强韧性匹配,又能够使疲劳裂纹扩展路径发生偏折,具有较强的疲劳裂纹扩展抗力。

著录项

  • 作者

    陈建志;

  • 作者单位

    东北大学;

  • 授予单位 东北大学;
  • 学科 材料学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张滨;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    贝氏体; 马氏体; 复相; 微观组织; 疲劳;

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