高速铁路用低碳贝氏体鱼尾板性能研究

摘要

鱼尾板(又称铁道接头夹板)是连接钢轨接头的重要部件，其质量好坏将直接影响到铁路运输的安全。该部件原用B6、B7钢和56Nb合金钢制造，但从1997年至今，我国铁路先后进行了六次大提速，铁路运输随着我国国民经济的快速发展也日趋繁重，对鱼尾板材料提出了更高的要求，这些材料已经不能满足现状要求。因此，急需研究开发出新型材质的鱼尾板材料来满足国家铁路高速发展的需求。由于贝氏体钢具有良好的强韧性配合，贝氏体鱼尾板材料的研究引起了各国研究者的注意。 本论文主要在低碳贝氏体合金钢的发展历史和相变机制的基础上，介绍了贝氏体强化机理、国内外鱼尾板材料的研究和使用状况、鱼尾板用钢的冶炼及其化学成分、组织和性能等方面的概况。继而，对鱼尾板的结构设计、服役条件、应力状态和失效原因等作了分析。 本文所研究的鱼尾板材料为非调质空冷贝氏体钢，通过控制轧制、控制冷却工艺控制材料性能。观察了材料的常温金相组织，依据国家标准对新型贝氏体鱼尾板材料在室温和低温(22℃～-60℃)下的拉伸性能(抗拉强度εM<,b>、屈服强度ε<,0.2>、伸长率δ和断面收缩率ψ)和冲击性能(A<,KV>)进行了对比研究；用扫描电镜观察不同温度下的拉伸断口和冲击断口形貌，并讨论了材料的断裂方式；用透射电镜观察材料的微观组织和强化方式。 试验主要研究的两种贝氏体鱼尾板材料常温和低温下材料的拉伸、冲击性能均高于国内现用的B7钢，在室温和-55℃下，材料A的屈服强度分别为722MPa，738MPa，伸长率分别为60.7％和41.7％，材料B的屈服强度分别为568.5 MPa，700 MPa，伸长率分别为63.5％和67.1％。常温下A、B的冲击功A<,KV>分别为40J和90J。强韧性完全达到了TB/T 2345-93《43-75kg/m钢轨用鱼尾板供货技术要求》的规定。 薄膜透射电镜及光学金相分析表明，A、B两种贝氏体钢的的组织分别为粒状贝氏体和准贝氏体，这与该类钢中较高的硅含量有关，硅对碳化物析出的阻碍作用，使未转变的奥氏体富碳，得到无碳化物贝氏体，消除了渗碳体的有害作用。材料主要通过固溶、位错、M-A岛、残余奥氏体(A<,R>)等强化方式来增加强韧性。 通过对试验钢进行的实验室研究，本文认为两种试验贝氏体钢达到了铁道部对于鱼尾板材料的要求，能够取代国内现用的B7钢和56Nb，对铁路运输的安全性及降低运输成本、提高铁路运输的经济效益具有重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的研究背景

1.2低碳贝氏体钢

1.2.1低碳贝氏体钢概述

1.2.2贝氏体相变机制

1.2.3贝氏体钢中合金元素的作用

1.2.4贝氏体强化机理

1.3本文研究的主要内容

2鱼尾板研究现状及失效分析

2.1国内外鱼尾板研究现状

2.2鱼尾板失效原因分析

2.3改进途径

2.3.1改善鱼尾板受力状态

2.3.2改善材质

2.3.3改变接头设计方式

2.3.4减少接头病害

2.3.5改楔形为铰型结构

3试验材料与方法

3.1试验材料

3.2试验方法

4性能测试

4.1化学成分

4.2硬度测试

4.3金相分析

4.4拉伸性能

4.4.1常温拉伸性能

4.4.2低温拉伸性能

4.5冲击性能

4.5.1常温冲击性能

4.5.2低温冲击性能

4.6本章小结

5材料的强韧性机理研究

5.1断口SEM分析

5.1.1拉伸断口分析

5.1.2冲击断口分析

5.1.3冲击断口韧窝定量分析

5.2材料TEM分析

5.3强韧化机理讨论

5.3.1位错强化

5.3.2M-A小岛的作用

5.3.3残余奥氏体的作用

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢