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钢轨扣件用60Si2CrA弹簧钢离子渗氮和激光淬火改性层的摩擦磨损特性研究
| 论文题名： | 钢轨扣件用60Si2CrA弹簧钢离子渗氮和激光淬火改性层的摩擦磨损特性研究 |
| 关键词： | 弹簧钢;离子渗氮;激光淬火;复合处理;摩擦特性;磨损特性;钢轨扣件 |
| 摘要： | 60Si2CrA是一种性能优异的新型弹簧钢，是铁路扣件弹条的使用材料，能提供较大的扣紧压力和保持较长的使用寿命。但在实际使用中，由于的弹条与垫板或螺栓之间的摩擦磨损，出现了在弹条寿命周期内的扣件系统的松动或断裂失效问题。这是因为弹条的磨损会导致受力接触面的尺寸变化，并使实际扣紧压力变小，同时在磨损区会产生应力集中，并促进弹条的微动疲劳损伤而发生断裂。所以提高此类弹簧钢的抗磨性能对提升弹条的实际工作寿命和保障铁路安全运行有重要的意义。 本文使用离子渗氮和激光淬火两种工艺对60Si2CrA弹簧钢进行了单独以及复合处理，得到三种改性样品，即离子渗氮、激光淬火和先离子渗氮再激光淬火复合处理样品。使用PLINT微动磨损试验机，在不同位移幅值和法向载荷下对基材以及改性样品进行了球/平面接触的切向往复摩擦试验，并结合显微硬度仪、X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDX)以及三维形貌仪的分析，对各样品的材料性质和摩擦磨损性能进行了详细分析，得到的主要结论如下： 1.三种处理工艺都能大幅提高60Si2CrA弹簧钢的表面硬度，其中离子渗氮样品的硬化层深度不足，激光淬火样品具有高硬度和大层深的特点，而复合处理样品表面硬度最大，硬化深度相对于激光淬火样品来说没有明显下降。 2.往复滑动磨损试验表明，所有表面处理均具有降低摩擦系数的减摩作用。基材的摩擦系数最大，但随位移幅值和法向载荷的增大而减小；离子渗氮样品摩擦系数随位移幅值的增大而增大，在小载荷下相比是最小的，但在大载荷下急剧上升；激光淬火和复合处理样品的摩擦系数居中，随位移幅值的增大而增大，在大载荷下的摩擦系数相对最小，而复合处理样品的摩擦系数始终小于激光淬火样品。 3.60Si2CrA钢基材和三种表面处理的往复滑动磨损机制均为磨粒磨损和氧化磨损，氧化磨屑在磨损过程中扮演了重要角色。其中基材磨斑的塑性变形较大，结合磨屑的附着形成了很好的磨屑减磨机制，而离子渗氮样品因为表面硬化层的脆性，形成了较严重的磨粒磨损，而激光淬火和复合处理样品磨损比较轻微。 4.三种表面处理均不同程度提高60Si2CrA钢的往复滑动磨损抗力，其中离子渗氮样品因较严重的磨粒磨损，耐磨性提升不大；而激光淬火样品的因为改性层的高硬度和大层深，耐磨性能大幅提升，并且载荷越大，优势越明显；而先离子氮化再激光淬火的复合表面处理，发挥了两种单一表面处理的优势，表现出较好的复合效应，耐磨性最高。 |
| 作者： | 吴霄 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 朱旻昊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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