贝氏体钢轨铝热焊剂及热处理工艺的研究

发布时间：2017-07-20 01:14

  本文关键词：贝氏体钢轨铝热焊剂及热处理工艺的研究

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【摘要】：针对我国高强度高硬度的贝氏体钢轨,本文研究了适用于高强度贝氏体钢轨的贝氏体铝热焊焊剂、焊后热处理工艺及设备,并对贝氏体铝热焊接头的组织和性能进行了分析,完成了贝氏体铝热焊接头在大秦线试验铺设。贝氏体铝热焊剂的研究表明,在铸态下,锰硅含量比过高会导致焊缝的晶粒内部中出现残余奥氏体组织,使得接头踏面硬度提高;锰硅含量比过低会导致焊缝的晶界处出现铁素体,使得接头踏面硬度降低。锰硅含量比在1.1~1.2范围内,接头的组织主要由贝氏体+少量铁素体+少量残余奥氏体组成,踏面硬度在320~330HB。随着Cr含量提高,接头组织中铁素体消失、残余奥氏体出现,提升接头踏面硬度。Cr元素代替部分Mn元素的结果表明,Cr对组织和力学性能影响与Mn作用相似。焊剂中添加Ni元素会导致铝热焊接头中残余奥氏体增多,接头踏面硬度提高。设计的两种焊剂方案对比研究发现,合金元素含量为0.20%~0.30%C、1.50%~1.90%Mn、1.40%~1.90%Si、0.40%~0.60%Cr,0.30%~0.50%Mo时,铝热焊接头经过正火处理,焊缝、熔合区组织均匀性好,踏面硬度可达到350~360HB,冲击功平均AKU=24.25J(室温),静弯强度、抗拉强度均满足TB/T1632.3-2014要求。贝氏体铝热焊接头的热处理工艺研究表明,加热+喷风不适用贝氏体铝热焊焊后热处理;本研究研发了适合贝氏体铝热焊的加热+缓冷的热处理工艺,以及便于操作的热处理设备。经热处理后,接头组织全断面由无碳化物贝氏体+粒状贝氏体组成,踏面硬度为340~350HB,抗拉强度平均σb=808.11MPa,熔合区组织均匀,静弯强度平均为2504.83kN。贝氏体铝热焊接头中的粒状贝氏体的形成与Cr、Mo元素分布不均匀有关,粒状贝氏体平均硬度337.44HV低于无碳化物贝氏体400.92HV。贝氏体铝热焊接头在疲劳测试过程导致的断裂,是由于轨底夹渣造成,经过改进的砂型底板可以满足接头疲劳性能测试。经过疲劳测试的铝热焊接头会出现少量针状组织,但并未影响接头通过疲劳测试。选用贝氏体焊剂进行贝氏体+珠光体钢轨铝热焊接,经过热处理后,接头的熔合区贝氏体一侧组织均匀,珠光体一侧晶粒细化,接头静弯强度平均为1909.22kN,踏面硬度平均为312HB,抗拉强度平均σb=809.89MPa,贝氏体一侧软化区宽度12mm,珠光体一侧软化区宽度6mm。贝氏体铝热焊接头在大秦试验段试铺结果表明,贝氏体铝热焊接头性能良好。
【关键词】：贝氏体钢轨 铝热焊 热处理
【学位授予单位】：中国铁道科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG40;TG162.82
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 1. 文献综述14-24
• 1.1 贝氏体14-17
• 1.1.1 贝氏体相变14-15
• 1.1.2 贝氏体组织15-16
• 1.1.3 合金元素对贝氏体转变的影响16-17
• 1.2 高强度钢轨的研究进展17-20
• 1.3 铝热焊20-21
• 1.4 国内外铝热焊研究现状21-24
• 2 实验方案24-31
• 2.1 实验材料及工艺24-25
• 2.1.1 实验材料24-25
• 2.1.2 试验工艺25
• 2.2 贝氏体铝热焊的性能指标25-26
• 2.3 贝氏体钢轨铝热焊剂的研究26-29
• 2.3.1 焊接成分测定26-27
• 2.3.2 组织要求27
• 2.3.3 焊接接头踏面硬度27-28
• 2.3.4 超声波探伤要求28
• 2.3.5 力学性能测试28-29
• 2.4 贝氏体铝热焊热处理工艺研究29-30
• 2.5 力学性能研究30
• 2.6 贝氏体铝热焊接头试铺30-31
• 3 贝氏体铝热焊剂的研究31-50
• 3.1 仿钢轨成分设计31
• 3.2 焊剂成分优化31-43
• 3.2.1 锰硅含量对焊缝的影响32-37
• 3.2.2 铬元素对焊缝影响37-38
• 3.2.3 镍元素对焊缝影响38-39
• 3.2.4 Cr元素代替部分Mn元素对焊缝的影响39-43
• 3.3 贝氏体铝热焊剂合金成分作用及成分设计43-44
• 3.4 两种铝热焊剂组织及性能对比44-48
• 3.4.1 焊缝组织44-46
• 3.4.2 熔合区组织46-47
• 3.4.3 硬度试验47
• 3.4.4 静弯试验47
• 3.4.5 拉伸试验47-48
• 3.4.6 冲击试验48
• 3.5 本章小结48-50
• 4 贝氏体铝热焊热处理50-68
• 4.1 喷风对贝氏体铝热焊接头的影响50-52
• 4.2 热处理设备52-55
• 4.2.1 加热砂型的设计52-53
• 4.2.2 缓冷箱的设计53-55
• 4.3 热处理接头焊缝组织及性能的影响55-60
• 4.4 热处理对熔合区显微组织及性能的影响60-67
• 4.4.1 熔合区条带状组织硬度分析61-63
• 4.4.2 熔合区条带状组织成分分析63-65
• 4.4.3 熔合区条带状组织分析结论65-66
• 4.4.4 热处理对条带状组织影响66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 5 贝氏体钢轨铝热焊接头的疲劳性能优化及组织观察68-77
• 5.1 疲劳断裂原因分析68-72
• 5.1.1 疲劳1#接头分析69-70
• 5.1.2 疲劳2#接头分析70-72
• 5.2 砂型优化72-73
• 5.3 贝氏体组织分析73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 6 热处理对贝氏体钢轨和珠光体钢轨铝热焊性能影响77-84
• 6.1 微观组织对比78-79
• 6.2 力学性能与显微组织的关系79-83
• 6.2.1 静弯测试79-80
• 6.2.2 踏面硬度测试80-81
• 6.2.3 拉伸测试81
• 6.2.4 软化区宽度81-83
• 6.3 本章小结83-84
• 7 贝氏体铝热焊的铺设使用84-96
• 7.1 铺设概况84-85
• 7.2 现场施工铺设85-93
• 7.3 超声波探伤结果93-96
• 8 结论与展望96-98
• 本论文的创新点98-99
• 参考文献99-102
• 附录102-108
• 作者简历及科研成果清单108-109
• 学位论文数据集109-110
• 详细摘要110-124

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