al含量对e级钢性能的影响和断裂机理分析

《al含量对e级钢性能的影响和断裂机理分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、Al含量对E级钢性能的影响和断裂机理分析第1章绪论1.1课题研究的背景及意义改革开放以来，我国经济突飞猛进，为适应这一变化，铁路货车向着提速、重载的方向发展，这对铁路货车零部件的性能有了越来越高的要求。火车运行过程中车钩承受比较大的应力，致使车钩容易发生断裂，我国北方的铁路货运十分繁忙，这也使得北方货车车钩还要承受北方冬天低温的环境，工作情况十分恶劣，钩舌是列车的薄弱部件，运行中容易发生断裂。以大秦线为例，由于货运量大，行车密度高，这些因素都对车辆运行过程中的可靠性提出了非常高的要求，是否能达到这些要求来适应高强度的运行考验，关系到人民群众的人身安全和财产安全。因此国

2、家对于车钩的质量和性能有十分严格的要求。基于上述的这些要求，作为材料科研工，有必要对车钩材质的强韧性、可靠性和安全性进行更为深入的研究。我国一般选择ZG25MnCrNiMo-E级铸钢进行车钩的铸造生产，在生产中采用Al进行最终的脱氧。我国目前采用E级钢生产车钩铸件，生产中发现：当Al含量高时，铸件容易发生脆断，断口呈冰糖状。2012年至2013年货车在运行过程中，发生过两次车钩断裂事件，车钩断口呈脆断特征，对所断裂的部件进行分析发现含有超量的Al元素，是否是因为Al含量高而引起了车钩的断裂，有待于探讨。为了确保货车车钩在运输过程中的安全，减少事故隐患，本文将对E级钢中

3、Al含量对组织和性能的影响进行研究，建立E级钢中Al含量与断口形态的关系，分析Al元素对E级钢断裂的影响机理，进而寻求一种快速判断Al高的方法，具有重要的理论和现实指导意义。.......1.2国内外车钩及E级钢发展现状在众多的现代运输方式中，由于铁路运输具有快捷、方便、节能、运量大，受自然气候条件的制约小，安全性高等优势，在我国货物运输中占有大量比重，对国民经济发展起到了积极推动作用[1,2]。车钩是用来传递机车牵引力的重要零件，起到连接机车的作用。车钩由钩头、钩身和钩尾三部分组成[3-5]。由于美国重载货车发展较早，目前在该方向具有最先进的研究水平，先后开发了B型

4、、D型、E型和F型货车车钩[6]。1870年，美国自动车钩的发明使列车的运输组织，工作效率和安全性能都得到了很大的提高。在1916年，D型车钩被作为北美地区铁路联运的标准车钩进行生产使用，极大的满足了货车车钩之间的互换性要求[7-9]。随着列车货运重载量的不断提升，美国AAR以D型车钩设计作为基础，设计制造出了更高强度结构、更高安全性能的E型车钩来满足新的要求[10-12]。60年代初，由于货车的载重量和长度的增加，为了提供所需的横向摆动距离，研究开发出了同时具有了E型车钩和F型车钩综合优点的E/F型车钩；这种车钩结构简单，综合强度高、曲线通过性好。在1966年，美国

5、AAR批准新型E/F型车钩为标准铁路货运车钩[13-15]。苏联车钩最开始采用20ГЛ普碳铸钢，这种钢的屈服极限为250MPa，五十年代末期苏联开始研制15ДХГС低合金铸钢车钩，为之后低合金钢车钩的发展和使用奠定了基础，1974年，苏联开始使用20Л、20ГФЛ低合金铸钢进行货车钩体的制造生产，在投产初期，规定的性能要求为屈服极限300MPa，所对应的屈服强度为210tf。为了达到这一设计要求，按照ГОСТ2273-77规定，在八十年代初，经调质处理过的20ГЛ钢的屈服极限都达到400MPa以上。因此，将屈服强度最低要求提高到250tf作为车钩标准[16]。为防止因

6、车钩脱离造成的列车分离事故，提高安全性，80年代初，俄罗斯又研发了新型CA-3型防脱车钩，大大提高了货车运行安全[17]。.........第2章试验材料及试验方法2.1试验流程本课题试验过程中熔炼，浇注，热处理，制备试样在本实验室进行，常规力学行性能测试部分在本实验室进行，其余在校外专业实验室进行，试验流程如图2-1所示。......2.2试验材料及设备1.试验用E级钢原材料包括：纯铁、45#钢、钼铁、高碳铬铁、锰铁、硅铁、纯镍、纯铜、氮化铬、工业纯铝。所用原料成分,见表2-1。2.造型材料包括：二氧化硅石英砂、酚醛树脂、固化剂。3.金相制备材料：金相砂纸、Cr2O

7、3抛光粉、无水乙醇、4%硝酸乙醇腐蚀液、电吹风。拉伸试验在CSS44300型电子万能试验机上进行测试；断裂韧性在MTS-809试验机上进行测试；冲击试验采用V型缺口标准冲击试样，在JBN-300B半自动冲击试验机上进行测试；在HB-3000型布氏硬度计上进行材料硬度测试。试样打磨抛光和试样的金相组织观察在电子金相实验室完成，采用OLYMPUS-GX71光学显微镜对试验E级钢金相组织进行观察拍摄；应用佳能数码照相机对试样的宏观断口形态进行拍照；采用FEISirion2000扫描电子显微镜对试样的微观断口形态进行观察拍摄、能谱分析和面扫描。采用JEM-2