DZ2车轴钢弯曲微动疲劳行为研究

摘要

弯曲微动疲劳会造成机械零部件过早地破坏失效，大幅降低其服役寿命，在各个工业领域都存在诸多安全隐患，甚至造成重大灾难性事故，严重威胁着人们的生命安全，影响着企业的经济效益。车轴作为高速铁路系统中的关键零部件，弯曲微动疲劳模式是其运行模式之一，其研究成果我国自主研制的高速列车车轴材料的弯曲微动疲劳研究工作十分重要，它不仅可以揭示该材料的弯曲微动疲劳损伤机理，完善微动疲劳领域的理论研究，而且可以为实际的工程应用提供理论数据支撑和参考。本论文以我国某变轨距高速列车车轴材料(DZ2车轴钢)为研究对象，在自主设计的弯曲微动疲劳试验平台上开展了不同试验参数下的弯曲微动疲劳试验，建立了S~N曲线及材料随法向载荷变化的弯曲微动疲劳寿命曲线，并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、白光干涉仪(WLI)、能谱分析仪(EDS)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征仪器对试样损伤区域进行了详细的微观分析，揭示了DZ2车轴钢材料的弯曲微动疲劳损伤机理，获得了以下主要结论：　　(1)DZ2车轴钢材料的弯曲微动疲劳寿命随着弯曲疲劳应力的增大先降低后增大最后又减小的趋势，随弯曲疲劳应力的逐渐增大，微动运行区首先运行于部分滑移区(PSR)、然后逐渐转变为混合区(MFR)，最后过渡为完全滑移区(SR)。　　(2)在S~N曲线的三个微动运行区中，当试样运行于混合区时，DZ2车轴钢材料的弯曲微动疲劳寿命相对最短，易产生微观裂纹，损伤程度最严重，在实际的工程应用中应尽量避免此区。　　(3)接触表面损伤区形貌整体呈不规则椭圆状，损伤区靠加载端损伤程度最大，靠固定端其次，接触区中心损伤最为轻微，疲劳裂纹均萌生于损伤区靠加载端距表面约60-100μm深的次表面。　　(4)随着法向载荷的增大，DZ2车轴钢材料的弯曲微动疲劳寿命呈先降低后增大，最后趋于平稳的变化趋势，法向载荷对该材料弯曲微动疲劳寿命的影响作用逐渐减弱。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 微动疲劳的相关理论

1.2.1 微动的相关概念

1.2.2 微动疲劳的基本理论

1.2.3 微动疲劳的研究现状

1.2.4 影响微动疲劳的因素

1.3 微动疲劳损伤的实例和防护措施

1.3.1 微动疲劳损伤的实例

1.3.2 微动疲劳损伤的防护措施

1.4 变轨距列车车轴材料的研究现状

1.4.1 变轨距列车研究现状

1.4.2 车轴材料微动疲劳研究现状

1.5 本文选题意义和研究内容

1.5.1 本文的选题意义

1.5.2 本文的研究内容

第 2 章 试验材料和方法

2.1 弯曲微动疲劳试验装置

2.2 试验材料与制备

2.2.1 试样材料

2.2.2 微动垫材料

2.3 弯曲疲劳的试验参数

2.4 微观损伤分析方法

2.4.1 微动损伤区形貌分析

2.4.2 疲劳裂纹分析

2.4.3 疲劳断口分析

2.4.4 微动损伤区轮廓分析

2.4.5 微动损伤区化学成分分析

第 3 章 不同弯曲疲劳载荷下 DZ2 车轴钢的弯曲微动疲劳损伤特性研究

3.1 S~N 曲线

3.2 疲劳断口分析

3.2.1 常规弯曲疲劳断口微观分析

3.2.2 弯曲微动疲劳断口微观分析

3.3 微动疲劳损伤区分析

3.3.1 部分滑移区（PSR）

3.3.2 混合区（MFR）

3.3.3 完全滑移区（SR）

3.3.3 不同弯曲疲劳载荷对微动疲劳损伤的影响

3.4 微动疲劳损伤区的化学状态分析

3.5.1 微动损伤区的化学成分定性分析

3.5.2 微动损伤区的氧化物成分分析

3.5.3 不同弯曲疲劳载荷下损伤区的化学状态分析

3.5 本章小结

第 4 章 法向载荷对 DZ2 车轴钢弯曲微动疲劳损伤的影响

4.1 不同法向载荷对弯曲疲劳寿命的影响

4.2 不同法向载荷对疲劳断口的影响

4.3 不同法向载荷对微动疲劳损伤的影响

4.4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文