高速动车组车轴表面强化层的疲劳性能研究

摘要

中国高速铁路技术的突飞猛进是国家整体工业水平大力发展的结果。高速动车组的车轴担负着列车快速奔驰的重任，所以确保其使用安全性是极其重要的。因此对车轴的疲劳性能研究就成为对铁路车辆进行强度校核首先需要考虑的问题。本文对广泛应用于CRH2型动车组的S38C车轴钢进行了基本疲劳性能和断裂力学性能的试验研究。得到的试验数据为S38C车轴的合理检修周期和寿命管理方法的确定提供了依据。主要工作内容如下:
　　1、将由实际车轴截取下的S38C车轴钢材料进行一系列基础研究，得到S38C车轴钢淬硬层的主要化学成分、金相组织以及淬硬层梯度。使用热模拟试验方法摸索S38C车轴淬硬层的热处理工艺参数，并与实际车轴钢淬硬层的组织形貌及硬度进行比对。确定的热处理工艺将用来加工后续疲劳试验以及断裂力学试验的试样。
　　2、通过高频疲劳试验机对S38C车轴钢材料的基本疲劳性能进行研究。使用三点弯曲试样对S38C车轴钢材料进行弯曲疲劳性能试验，得到了S38C车轴钢材料在指定置信度和可靠度下的疲劳极限，并绘制了p-S-N曲线。
　　3、对S38C车轴钢材料进行断裂力学性能试验研究。得到在一定厚度下，S38C车轴钢材料的平面应变断裂韧度。
　　4、对S38C车轴钢材料进行疲劳裂纹扩展规律的研究，结合四种基于不同可靠性模型的方法，得到了不同可靠度下的裂纹扩展方程，并绘制了相应的p-da/dN-△K曲线，为S38C车轴钢材料在断裂力学性能方面的评估提供了试验数据。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题背景与研究意义

1．2 疲劳性能研究现状

1．2．1 与疲劳相关的事故

1．2．2 传统疲劳性能研究发展

1．3 车轴疲劳试验研究现状

1．4 论文研究主要内容

2 S38C车轴钢材料的基础研究及热模拟试验

2．1 化学成分检验

2．2 淬硬层金相组织及硬度梯度检验

2．2．1 金相组织检验

2．2．2 硬度梯度检验

2．3 车轴钢淬硬层热模拟试验

2．3．1 热模拟试验原理

2．3．2 车轴热模拟试验方案与试验过程

2．4 车轴钢疲劳试验材料淬硬层中频淬火试验

2．5 本章试验小结

3 S38C车轴钢材料的基本疲劳性能研究

3．1 疲劳极限试验方法

3．1．1 疲劳与疲劳极限的定义

3．1．2 p-S-N曲线测定

3．2 材料的p-S-N曲线测定方法

3．3 疲劳试验与数据处理

3．3．1 试样形状与加载条件

3．3．2 单点法试验结果

3．3．3 成组法试验结果

3．3．4 升降法试验处理

3．3．5 p-S-N曲线的拟合

3．4 本章小结

4 断裂力学试验的一般方法

4．1 断裂力学在车轴校核中的运用

4．2 材料的断裂韧度试验

4．2．1 应力强度因子断裂理论

4．2．2 平面应变断裂韧度KIc的测试

4．3 材料的裂纹扩展速率试验

4．3．1 疲劳裂纹扩展机理和过程

4．3．2 疲劳裂纹扩展速率的概念

4．3．3 对疲劳裂纹扩展规律的研究

4．3．4 疲劳裂纹扩展速率的试验方法

4．4 裂纹扩展速率da／dN的确定

4．5 疲劳裂纹扩展速率的可靠性模型

4．6 本章小结

5 S38C车轴钢材料的断裂力学试验结果与数据处理

5．1 平面应变断裂韧度试验

5．1．1 试验准备工作

5．1．2 应力强度因子K的确定

5．1．3 试验过程与结果

5．2 疲劳裂纹扩展速率试验

5．2．1 试验准备工作

5．2．2 试验过程与结果

5．3 本章小结

6．1 论文的主要结论

6．2 今后的工作展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集