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高速列车制动盘热疲劳裂纹萌生机理及磨损性能研究
| 论文题名： | 高速列车制动盘热疲劳裂纹萌生机理及磨损性能研究 |
| 关键词： | 制动盘;高速列车;热疲劳裂纹;摩擦学性能;高温性能 |
| 摘要： | 制动盘是高速铁路列车制动装置最为关键的零部件之一，在服役过程中制动盘的可靠性对列车安全有直接的影响。目前高速列车制动盘的失效原因主要来自于两个方面，一是服役过程中盘面的不均匀磨损使制动盘磨耗加剧，二是热疲劳裂纹的扩展导致盘体发生断裂。因此结合这两个问题，对制动盘进行失效机理、摩擦磨损性能以及热疲劳性能研究具有重要意义。本文以CRH5车型制动盘为研究对象，从制动盘材料的自身特性出发，进行盘面裂纹分析、力学性能分析、热疲劳性能分析以及摩擦磨损性能分析。本论文主要研究内容如下： （1）研究制动盘盘面裂纹特性，对盘面裂纹进行分析，同时分析制动盘不同厚度方向的组织，研究其组织演化规则及力学性能差异。发现了制动盘的盘面裂纹主要为热疲劳裂纹，裂纹断口氧化严重，裂纹的形成滞后于组织的演化。24CrNiMo钢在厚度方向的组织发生演化，形成三种组织分别是白层组织、热影响区组织以及基体回火索氏体组织。晶粒在大角度晶界处结晶，白层组织的形成是热应力与压应力导致的，由表层至基体硬度呈现先降低后升高的趋势，基体组织比白层组织具有更好的综合力学性能。 （2）研究了制动盘材料在-25℃和25℃的冲击性能，分析了24CrNiMo钢白层组织与基体组织的摩擦磨损性能。发现了制动盘材料具有良好的抗冲击性能，白层组织以磨粒磨损为主，对试样的磨削深度较大；基体组织以黏着磨损为主，形成第三体膜，隔绝盘试样与销试样的直接接触，磨损性能优于白层组织，故应当定期对盘面形成的白层组织进行车削，从而减少对盘体的磨损。随着载荷的增加，摩擦系数先增加后降低，磨损形式逐渐由磨粒磨损转变为黏着磨损。 （3）研究了制动盘材料的高温力学性能以及冷热疲劳性能。研究结果表明：24CrNiMo钢的强度随着实验温度的提高强度逐渐下降，在高温下材料表面发生脱碳，所以延伸率呈现先升高后下降的趋势。热疲劳实验中，随着循环周次的增加，裂纹的扩展面积与扩展长度逐渐增加。在25-600℃的冷热循环实验中，组织形态未见明显变化，说明24CrNiMo钢在600℃以下具有很强的组织稳定性；在25-700℃的冷热循环实验中，组织形态发生演化，回火索氏体脱碳再结晶形成粒状结构。裂纹的扩展沿着富碳区进行。在25-700℃厚试样的实验结果表明，试样的厚度增加，导致裂纹进入快速扩展阶段的周次延后。 |
| 作者： | 张天成 |
| 专业： | 材料与化工 |
| 导师： | 祖国庆;王大臣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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