新型整体铸钢车轮热处理工艺研究和试制

针对目前铁路运输高速重载,车轮踏面磨耗较快,使用寿命较低的问题,对铁路机车车辆车轮传统的轮辋单面淬火后的金相组织,综合机械性能进行了研究;设计了车轮轮辋强化两面和三面淬火装置,;对新型整体铸钢车轮轮辋两面和三面强化淬火加回火热处理过程进行了工艺试验;并对新型整体铸钢车轮与国内、外辗钢轮、国际A级、B级辗钢轮加以比较。认为：新型整体铸钢铁路车轮综合机械性能已达到或超过了整体辗钢车轮。运用新型整体铸钢车轮代替整体辗钢车轮将会大大的减低制造成本,产生良好的经济效益和社会效益。     

电渣重熔和合金元素对车轮钢组织和性能的影响

对比分析了锻态和调质态车轮钢的显微组织，研究了电渣重熔、合金元素Mn和Si对调质态车轮钢组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：电渣重熔有助于锻态车轮钢中贝氏体组织的细化，但晶粒度会从非电渣重熔时的6级增大至电渣重熔时的3级，调质态A钢(电渣重熔)和B钢(非电渣重熔)的组织都为回火索氏体，晶粒度分别为6级和7级；调质态B钢的强度和布氏硬度高于调质态A钢，-40℃冲击吸收能和断后伸长率略低于调质态A钢；Mn质量分数从0.63%增加至1.06%或者Si质量分数从0.31%增加至0.69%,调质态车轮钢的强度和布氏硬度会增大、断后伸长率和-40℃冲击吸收能会有所减小，耐腐蚀性能增强。     

500MPa级高疲劳寿命汽车轮辐钢的开发

轮辐是汽车车轮的重要组成部分,起支撑轮辋的作用,决定了车轮的寿命。根据国内商用汽车长期重载使用的现状,提出一种500MPa级高疲劳寿命厚规格轮辐钢S500LF的成分设计及生产工艺,并通过实验验证了其具有较高的整轮弯曲疲劳性能、径向疲劳性能及较高的材料疲劳极限值。从化学成分及生产工艺两方面对产生高疲劳性能的原因进行了分析和探讨。     

车轮钢冶炼过程氮含量的变化规律及工艺改进

实验研究了车轮钢生产过程氮含量的变化规律,找出生产低氮车轮钢的限制性环节,制定了相应的工艺改进措施.研究发现,出钢过程、LF精炼、钢包到中间包钢水增氮显著;VD真空脱氮率平均为37.5%.通过采取钢包长水口氩封保护浇注,可降低车轮钢在浇注过程的吸氮量达15×10-6.通过系统的工艺改进,可使车轮钢中的氮含量降到50×10-6以下.     

火车轮加工工艺及组织性能分析

分别阐述了铸造、锻造和轧制的铸钢车轮、辗钢车轮的加工流程、性能特点,依据材料学理论分析了车轮钢中各种化学成分的作用。结果表明:铸钢车轮具有工序少、成本低、铸模可多次利用等优点,但是该过程易产生杂质、偏析等缺陷。辗钢车轮力学性能好,但工艺复杂、成本高。各种元素含量对车轮钢使用性能影响如下:C元素会影响材料的强度和韧性;S和Mn元素可以改善材料的加工性能;Si元素可以提高材料的抗破坏能力。     

低成本车轮挡圈用微合金钢的研究

采用较便宜的Nb和Mn代替部分昂贵的V,优化了生产用钢成分。对比分析了实验用钢B和生产用钢A的组织、析出和力学性能,并通过ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件对实验钢进行精轧3道次的模拟。结果表明,采用Nb和Mn代替部分V后,实验钢B力学性能满足挡圈性能要求,B钢的析出强化作用低于生产用钢A,但可通过细晶强化和固溶强化来弥补析出强化的降低,因此两种钢的强度相差较小。B钢晶粒尺寸较小,其伸长率高于A钢。另外,孔型充填情况良好,满足现场轧制需求。研究结果能为实际生产低成本车轮挡圈型钢提供理论依据。     

表面超声滚压对D2车轮钢磨损性能的影响

研究表面超声滚压处理对D2车轮钢表层组织及滚动磨损性能的影响,为轨道交通关键材料设计和寿命提供理论和实验依据。对D2车轮钢进行表面超声滚压处理,对比处理前后的两种试样的表面粗糙度,观察两种样品截面的金相组织,对样品表面和截面进行硬度测量。对两种试样进行2×10~4r磨损实验,重复上述分析方法,比较两种试样的磨损性能并进行分析。结果表明:D2车轮钢经过表面超声滚压处理后表面粗糙度明显降低,表层会出现明显的硬化层,晶粒发生细化。磨损实验后,经表面超声滚压处理后的D2车轮钢摩擦系数较小,在0.5×10~4r内抗磨损性能得到提升,表层组织发生更剧烈的塑性变形,产生更厚的塑性变形层。     

铝车轮旋压模具设计的热膨胀系数确定

铝车轮旋压模具的首选材料为H13钢,H13钢价格较高,为了降低模具的制造成本,在不影响旋压模具强度和硬度的前提下,旋压模具材料选用5CrMnMo钢,变更后的旋压模具热膨胀系数与H13钢的热膨胀系数存在差别,影响了旋压模具与毛坯的配合。为了重新制定旋压模具设计的热膨胀系数,对5CrMnMo钢旋压模具进行了物理试验和数值模拟分析,确定了旋压模具设计的热膨胀系数。试验结果表明:模具材料选用5CrMnMo钢后,模具的热膨胀系数定为1.0064较为合理,可以大大降低车轮变形程度,提高材料利用率。     

合金材料在汽车车轮制造中的应用

汽车车轮制造的主要材料有铝合金、合金钢、镁合金,以及应用比较少的复合材料和钢铝组合材料。着重介绍了铝合金车轮和合金钢车轮的铸造、锻造工艺,分析了各种材料的优缺点,阐述了合金材料在汽车车轮生产中的应用前景。详细介绍了铝合金车轮和合金钢车轮的生产制造工艺和镁合金在汽车车轮上的应用。     

显微组织对高速车轮钢不同温度下断裂韧性的影响北大核心CSCD

对碳的质量分数为0.54%高速车轮钢轮辋进行了不同奥氏体化温度和冷却速率热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距的显微组织,在20^-120℃下对具有不同显微组织的紧凑拉伸(CT)试样进行断裂韧性测试。结果表明:在实验温度范围内,不同显微组织车轮钢断裂韧性均随温度的降低而降低,温度对不同显微组织车轮钢材料断裂韧性的影响主要是由于温度对材料流变应力的改变以及CT试样断裂模式的变化。温度较高时,解理断裂的模式为扩展控制,晶粒尺寸和珠光体片间距越小断裂韧性越高;温度较低时,解理断裂的模式为形核控制,显微组织对断裂韧性的影响不明显。