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贝氏体钢轨铝热焊剂及热处理工艺的研究
| 论文题名： | 贝氏体钢轨铝热焊剂及热处理工艺的研究 |
| 关键词： | 贝氏体钢轨;铝热焊剂;热处理工艺 |
| 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。 |
| 作者： | 冯子凌 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 崔成林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国铁道科学研究院 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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