（材料学专业论文）抱轴承箱材料zg25mn的强韧化研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本文进行了钢的强韧化机理在抱轴承箱材料上的应用研究。 利用s e m 等分析手段，对s s 7 c 型电力机车抱轴承箱产生裂纹的原因 进行了分析，分析结果表明铸造缺陷与氧化物夹杂是造成早期疲劳裂纹的 主要原因；对比研究了国外与国内抱轴承箱材料的组织性能之间的差别结 果表明，国外抱轴承箱材料中含有微量的可提高韧性的c r 、n i 、m o 等合 金元素。而且s 、m n 等元素的含量也与国内的有一定差别，金相组织也比 国内材料细小，有利于细晶强化和固溶强化，其屈服强度和冲击韧性等均 高于国内材料；应用强韧化理论，对机车抱轴承箱材料z g 2 5 m n 进行了正 火、调质、二次淬火等热处理工艺试验，并对处理后的样品的组织与性能 进行了检验，检验的结果表明，经完全淬火+ 双相区淬火+ 高温回火的二 次淬火工艺处理的s s 7 c 型电力机车抱轴承箱，有明显的强韧化效果，达到 了法国8 k 电力机车抱轴承箱的水平，经正交设计优选出最佳热处理参数并 成功应用于生产实践，还对如何应用强韧化理论解决生产实际问题进行了 成功的探索，为制造我国自主知识产权高性能的抱轴承箱部件奠定了基础 工作。 关键词：抱轴承箱：断口分折；强韧化；正交设计；二次淬火；组织 性能 黼南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t r e s e a r c ho ni m p r o v es t r e n g t h e n i n ga n dt o u g h & l i n go f s t e d o nt h e a p p l i c a t i o no f t h e a x l e - b o xb a s ei nt h i sa r t i c l e a 辫l y 瘥珏gt h ec r a c kt y p ea n d c r a c ki n i t i a t i o nr e a s o n 氇。a x l e - b o xb a s eo f s s 7 ce l e c t r i cl o c o m o t i v eb yf r a c t u r ea n a l y s i s0 1 1m e t h o d so fs e ma n a l y s i sa n d s oo n , t h ec o n c l u s i o ni so b t a i n e dt h a tt h ec a s t i u gd e f e c t sa n dt i co x i d e c o m p o u n dm i x t u r e 黜t h em a i nr e a s o 魁o fe a r l yf a t i g u ec r a c k s ；c o m p a r e sa n d a n a l y z e st h ed i 西黻k e 瓠细瞳o v e r s e a sa n dd o m e s t i cm a t e r i a lo fa x l e - b o x b a s ei nm i c r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a 血c a lp r o p e r t i e s ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e o v c i s e a sm a t e r i a lh a sb e e ne n t e r e di n t oat i t t l ea l l o ye l e m e n t st oi m p r o v e t o u g h n e s ss u c ha sc r , n i , m oa n d o n , a n dt h ec o n t e n t so fsa n dm n a r e d i f f e r e n tt ot h ed o m e s t i cm a t e r i a l ，t h em i c r o s t m c t u r ei sf m et h a nt h ed o m e s t i c m a t e r i a l t h o s e 勰h e l p 觚t oi m p r o v eg r a i ns t r e n g t h e n i n g a n ds o l u t i o n s t r e n g t h e n i n g ，t h u st h ey i e l ds t r e n g t ha n di m p a c tt o u g h n e s sa r eg r e a t e rt h a nt h e d o m e s t i cm a t e r i a l ；a p p l y i n gt h es t r e n g t h e n i n ga n dt o u g h e n i n gt h e o r y , h e a t t r e a t m e n tp r o c e s st e s t so fn o r m a l i z i n 函q u e n c h i n ga n dt e m p e r a r a r et e m p e r i n g , d o u b l eq u e n c h i n ga r ec a r r i e do nt h em a t e r i a lz g 2 5 m no f t h ea x l eb o xb a s ef r o m s s 7 ce l e c t r i cl o c o m o t i v e a e e o r d i n g 协t h er e s u l t so fm i c r o s t m e t u r e sa n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e si ns p e c i m e n t h eb e s th e a tt r e a t m e n tp a r a m e t e r sa r e o b t a i a e db yo r t h o g o n a ld e s i g nm e t h o da n da p p l i e di np r o d u c t i o np r a c t i e e s u c c e s s f u l l y ；a f t e rd o u b l eq u e n c h i n gp r o c e s s i n g ，c o m p l e t e l yq u e n c h i n g + d o u b l e - p h a s e a r p _ aq u e n c h i n g + h i g ht e m p e r i n g , t h es t r e n g t h e n i n ga n d t o u g h e n i n ge f f e c ti so b v i o u si nt h ea x l eb o xb a s e , w h i c hh a sa c h i e v e dt h el e v e l o f a x l eb o xb a s ef r o mf r e n c h8 ke l e c t r i ci o c o m o f i v e o v e r e d l ，t h i sa r t i c l eh a sc a = l e dt h es u c c e s s f u le x p l o r a t i o no l lh o wa p p l y i n g t h es t r e n g t h e n i n ga n dt o u g h e n i n gt h e o r yt os o l v ea c t u a lp r o d u c t i o np r o b l e m s , a n de s t a b l i s h e st h ef o u n d a t i o no nm a k i n gh i 曲p e r f o r m a n c ea x l e - b o xb a s ep a r t h a v i n gi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t si no u rc o l i n t r y k e y w o r d s ：a x l e - b o xb a s e ；f r a c t u r ea n a l y s i s ；s t r e n g t h e n i n ga n dt o u g h e n i n g ； o r t h o g o n a ld e s i g n ；d o u b l eq u e n c h i n g ；s t r u c t u r ep r o p e r t y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 抱轴承箱体的工作状态与所用材料 s s 7 c 型电力机车是在s s 7 型电力机车基础上我国自行研制的3 b o 轴式 的大功率客货两用电力机车【l - 3 1 ，可实现提速要求为1 2 0 k m h 的客运列车和 快速货运列车牵引。其走行部由两台前( 后) 转向架( 如图卜1 ) 和一台中 间转向架( 如图i - 2 ) 组成。 图1 - 1 前( 后) 转向架总装 卜轮对电机组装2 一构架组装3 一一系悬挂装置4 - - - 系悬挂装置 5 一牵引装置6 - 电机悬挂装置7 一基础制动装置8 一转向架附件组装 9 - 转向架起吊装置 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 图1 - 2 中间转向架总装 卜轮对电机组装2 一构架组装3 _ 一系悬挂装置4 - 二系悬挂装置 5 一牵引装置6 一电机悬挂装置7 一基础制动装置8 一转向架附件组装 9 一转向架起吊装置 每台转向架由构架、轮对电机组装、轴箱装配、一系弹簧悬挂装置、 齿轮传动装置、牵引电机悬挂装置、二系弹簧悬挂装置、基础制动装置、 牵引装置等主要部件组成。其中前、后转向架还设有储能制动装置、轮缘 喷油润滑装置、撒砂装置；中间转向架设有滚动装置以实现机车曲线通过 时产生较大的横向偏移量。 s s 7 c 型电力机车有6 对相同的轮对电机组装，每台转向架有2 对。轮 对电机组装除牵引电机外还有轮对装配、齿轮传动装置等。 轮对是电力机车走行部最重要的部件之一。轮对在机车运行中受载情 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 况复杂，当车轮行经钢轨接头、道岔等线路不平顺处时，轮对直接承受全 部垂向和侧向的冲击。抱轴承箱通过两组轴承直接安装于轮对的车轴上， 如图1 - 3 。 蚶 ，m 一 l 蕊殴蠛酽1l n y x q b i除 一蕊蕙姜 。 口 纠“ 胂蛾r 毽 雯 g q 三蛊f 夕 ， _ l i 一辍黜 缓 、 1 攀i l 辩圈础瑶鼙时冬 、in 广 图卜3 轮对装配 卜车轴2 一车轮3 一密封圈( 二) 4 - 密封盏( 二) 5 - 调整垫6 一轴承挡圈 7 一轴承( 非齿轮侧) 8 - 抱轴承箱9 一轴承l o 一密封盖( 一) l l 从动齿轮装配1 2 - 密封圈 s s 7 c 型电力机车牵引电机采用刚性轴悬式( 半悬挂式) ，即牵引电动机 的一端通过抱轴承箱、滚动抱轴承刚性地支持在车轴上，另一端通过悬挂 装置弹性地吊在转向架构架的横梁上。抱轴承箱是由抱轴承箱体、齿轮箱 座、前挡环、轴承座、调整垫、后油封、后挡环、及锥形轴承等部件组成， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 如图卜4 。锥形轴承和挡环可采用压装或热装，加热温度不大于1 5 0 c 。箱 体与密封盖组装时通过垫片来调整轴承的间隙，保证轴承在轴向有o 2 0 3 m m 的间隙。 圈卜4 抱轴承箱组装 1 一前挡环；2 一前油封；3 一轴承座；4 一调整垫：5 - - 抱轴承箱箱体： 6 一齿轮箱座：7 一锥形齿轮；8 一后油封；9 一后挡环； 这种设计主要优势： 1 保证大、小齿轮良好的组装精度，消除滑动轴承的径向间隙变化快大 对传动的影响，改善齿轮的啮合质量，减小齿轮传动高速运行的噪声，提 高齿轮的使用寿命。 对于单边传动的机车而言，影响传动齿轮偏载的主要因素有抱轴承的 间隙、车轴受载后的变形和悬臂装置的小齿轮受力后的电机轴变形，由于 采用滚动轴承较采用滑动轴承的径向间隙大为减少，从而改善了齿轮的啮 合质量。 2 轴承结构较轴瓦寿命长、免维护周期长，减少了烦杂的维护工作、结 构简通性强、清洁。 可见，采用抱轴承箱结构的轮对电机组装是保证传动装置提速运行的 嚣南交通文学硕士戮突皇学俊论文第5 页 重要技术升级。随着机车速度的掇高，保证抱轴承箱的安全也越来越重要。 捂辘承籍俸隽独立郝箨帮牵$ | 电极韵橇座用，个探稔连接，承载毫瓿 组的静、动载荷。工作中的抱轴承箱见图1 5 。 拖辍承箱籍体为一簿整西筒体仞去部分桂壳籍浆禧鹫络梅，耩俸两端 有厚环形板与其涟成一体，见图1 - 6 。 籍体主要尺寸为：厚建圆柱骼的外径4 3 0 s m ，内径为变尺寸，巾闻内璧 髑部有一平台，麓厚1 6 3 0 珊誉等，端部内径3 7 0 哪，外径4 2 8 m ，环形 板厚8 0 r a m 箱体长1 0 7 0 r m ，其中脚柱形槽体长9 0 0 岫。 抱轴承箱材料必7 g 2 5 m n ，熟处理采用菠火处蠼。 图卜5 工作审的抱轴承箱 图l - 6 抱轴承箱箱体 嚣麓交通大学硕士锵究生学德论文第6 页 1 2 国内抱轴承箱材料与存在的问题 在图内，d f 4 d 、s s 6 b 、s s 7 、s s 7 c 簿型机车均采用牵引电动帆滚动轴 承搀辅续擒p 4 。京使羼中，围绕攘辘承箨转声生豹裂纹探讨爱孢辘承麓钵的 设计改进一直没有中断过。历次改进中，抱轴承箱材料大多一直采用 z g 2 3 0 4 5 0 ，丈鹅逄杰爨霉骞蹶囊任公司擞产戆s s 7 c 撬车褒邈辘承德耪辩最 先采用了z g 2 5 m n ( 1 9 9 2 年) ，随餍株洲厂生产的s s 6 b 机车抱轴承箱材料也采 用了z g 2 5 , 融 、( 3 ，2 ) 、( 3 、3 ) 出域的次数稽同。 这嬲点称为驻交性：均衡分教，整齐可比，代表性强，效率赢。均衡 分散：试验点在试验范围内排列瓶律整齐。整齐可比：试验点在试验范围 内教毒均匀 6 1 。 强韧化工艺难交试验设计的步骤与方法 l 。骥骥实验强的，确定考孩鞭掭 任何一项试验都有其自身目的，据此才能提出用哪些塞来衡爨达到目 豹豹程浚，运裁楚骥定考孩嚣括。 本课题强韧化工艺实验目的是达到8 k 电力机车抱轴承箱性能水平。 2 攥嚣素，选零平 所谓因素，熙指直接影响试验结果而需要进行考察的不同原因。在试验 孛彩确结莱的舔毽穰多，一般祷筏下，凳誊接帮搽然懿覆遴成舞赢交试验 设计的蹦素 永平是指各鬻素在试验中要院较的冥俸情况帮淑值。被稻掌握斡倩况积 资料，念理的确定水平黧可以减少试验工作量。 3 选取合适的正交袭 4 用正交表安捧试验 5 鳐果分析 ( 1 ) 诗算每一因素网一瘩平导致结聚之_ 耜的均值，采确定因素可能的 最佳水平。 参热试验的爨素取y 几个水平之蓐，每一承乎参热了丸次试骏，就会导 致几个结果，把这些结熙相加，就得出了每一因索各同水平导数结果之 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 0 页 和，除以参加试验次数，就得到平均值。如匾4 表示a 元素第l 水平所有导 致结果之和，七l “表示a 元素第l 水平所有导致结果之和的均值。 ( 2 ) 计算每一因素各水平导致结果之和均值的极差a 见根据极差大 小，顺次排出因素的主次顺序。 极差指的是各列中各水平导致结果之和平均值的最大值与最小值之差。 某列的极差最大，表示该列的数值在试验范围内变化时，使试验指标数值 的变化最大嘲。 ( 3 ) 对主要因素，选取指标最好的那个水平，对次要因素，以节约方 便原则选取水平。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 1 页 第3 章国产抱轴承箱失效原因分析 抱轴承箱体发生裂纹后，我们曾多次赴机务段调查处理裂纹情况。同 时对抱轴承箱在设计上作了变动，加大了圆弧过渡半径。为了更好地研究 抱轴承箱裂损情况，2 0 0 1 年4 月，我们对中修返厂的2 1 个抱轴承箱作了箱 表3 1 抱轴承箱箱体裂纹统计表 表3 - 2 抱轴承箱箱体裂纹统计表 露 隧弱k 爿n 哪 ) 图3 - i 裂纹a 出现频率直方图 m m m ) 图3 - 2 裂纹b 出现频率直方图 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 体裂纹统计分析。选取典型裂损抱轴承箱进行失效分析。此次统计共对2 1 个抱轴箱体进行了磁粉探伤，主要检测抱轴承箱箱体的齿端和非齿端电机 合口面处过渡区根部附近的裂纹情况，统计结果如表3 - 1 和表3 2 。 选取a 、b 裂纹均为l o m m 的抱轴承箱进行失效分析，所属车号为0 0 2 2 ， 所属轴号为9 7 2 8 ，运行约4 7 万公里。 3 1 化学成分分析 抱轴承箱材料为z g 2 5 m n ，将正火处理的s s 7 c 型抱轴承箱与法国制的 8 k 抱轴承箱进行实物解剖并进行成分分析，分析结果如表3 3 。 表3 - 3 抱轴承箱材料化学成分分析结果 国产抱轴 0 2 0 - - 0 。3 01 1 0 - 1 3 0o 3 0 - 4 ) 4 5 承箱材料0040 0 6 8 k 抱轴0 2 1 0 7 10 4 70 0 0 70 0 2 4 0 2 5 0 2 00 1 17 2 0 承箱材料 。 从表3 - 3 可以看到国产抱轴承箱的化学成分与法国抱轴承箱材料有所 不同。国产抱轴承箱材料、s 、p 含量明显高法国8 k 抱轴承箱材料，同 时法国8 k 抱轴承箱材料中还含有一定量的c r 、n i 、m 0 等合金元素。 3 2 断口形貌分析 宏观断口上表现出多个源的断口形貌。见图3 3 把s s 7 c 抱轴承箱的断口放在扫描电镜下进行观察，找到其裂纹源，该 裂纹源处及裂纹源扩展处的扫描照片如图3 4 。 从图3 - 4 可以看到，断口裂纹源处有一个黑区域，宏观上它应该为空 洞，同时看到有撕裂的迹象。该区域成分分析见图3 5 。可以判断在该区域 存在较多的含有m g 、s i 等元素的夹杂物。从断口上放射性条纹可以看到裂 纹就是从这些黑色区域开裂的，可以判断这些黑色区域属于铸造缺陷。在 断口裂纹源附近区域的形貌见图3 - 6 。对扩展区放大的图像见图3 - 7 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 图3 - 3s s 7 c 抱轴承箱宏观断口形貌 图3 - 4s s 7 c 抱轴承箱断口形貌 j 土j卜旦 图3 - 5s s 7 c 抱轴承箱断口裂纹源处的微观成分分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 图3 - 6 抱轴承箱断口扩展区的形貌 图3 7 断裂抱轴承箱断口扩展区域放大形貌 从图3 - 6 中可以明显看到疲劳辉纹，表明断裂属于疲劳断裂。在裂纹源 区域还可以看到大量的夹杂物，见图3 8 ，这表明抱轴承箱的开裂与夹杂物 存在密切关系，同时在扩展区也可以看到大量的微裂纹也是从夹杂物处开 裂。图3 - 8 ( b ) 表明在裂纹扩展过程中形成大量沿晶界开裂的垂直于断口 的纵向裂纹，从形貌上分析可能是由于晶界熔化造成的裂纹。初步认为是列 车运行中的振动造成很大的附加应力引起裂纹形成。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 ( a ) 裂纹源处扫描照片( b ) 裂纹扩展处扫描照片 图3 _ 8s s 7 c 抱轴承箱断口微观形貌 扩展区裂纹裂纹处放大 图3 - 9 断口扩展区形貌 。i 翟i 。 _ 一一1 一 图3 - 1 0s s 7 c 抱轴承箱断口一裂纹源处的成分分析 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 6 页 3 3 结果分析 从表3 3 可以看出，国内的容易断裂的s s 7 c 抱轴承箱的成分与法国制 的8 k 抱轴承箱的化学成分有所不同，法国制的8 k 抱轴承箱中的碳、锰、 硫要比s s 7 c 抱轴承箱低，但含硅量要比s s 7 c 抱轴承箱高，且其含有的铬、 镍、钼等合金元素要比s s 7 c 抱轴承箱高，同时含碳量偏低。 从断口分析可以得出国产抱轴承箱的断裂机理如下： 国产抱轴承箱的断裂属于疲劳断裂。造成断裂的原因首先是国产抱轴 承箱存在铸造缺陷。在交变应力作用下再加上列车运行时的振动，在铸造 缺陷处形成微裂纹。在应力作用下裂纹扩展。因为材料中存在较多的夹杂 物，它们大多是氧化物与氧化硅夹杂。在扩展过程中如果遇到夹杂物则又 从夹杂物处开裂，形成多个裂纹源同时扩展，加快了裂纹的扩展，同时表 现出多个疲劳源断口形貌。 对s s t c 抱轴承箱的断1 3 进行宏观分析可知该抱轴承箱的断1 3 处存在铸 造缺陷。从图3 6 和图3 - 7 可以看出存在大量的铸造缺陷成为裂纹源，断 裂属于疲劳断裂，但是在裂纹扩展区形成多个裂纹，并且裂纹在形成后， f h 于震动激烈，导致部分区域高温甚至有熔化迹象。形成垂直断口的纵向 裂纹，进一步加速了抱轴承箱的断裂。 上面的分析结果表明，要想提高国产抱轴承箱的使用寿命必须提高材 料的疲劳强度。从材料学的角度分析应该同时提高其强度与韧性。根据上 述的失效分析表明应进行三个方面的改进：( 1 ) 控制铸造质量不允许出现 铸造缺陷：( 2 ) 同时细化组织提高强韧性；( 3 ) 适当地加入一些合金元素 并减少有害元素如硫、氧等，来达到控制夹杂物级别的目的。 本章小结： ( 1 ) 国产抱轴承箱的断裂属于疲劳断裂。 ( 2 ) 造成疲劳断裂的原因是：铸造缺陷与氧化物与氧化硅夹杂处形 成多个裂纹源；在交变载荷作用下，裂纹扩展开裂。 ( 3 ) 提高国产抱轴承箱的使用寿命应从控制铸造缺陷，同时细化组织 来提高材料的强度与韧性 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 第4 章国内外抱轴承箱材料对比分析 将正火处理的s s 7 c 抱轴承箱与8 k 抱轴承箱进行实物解剖，从上面截 取成分分析样品与性能检验试样进行分析。 4 1 化学成分对比分析结果一 表4 - 1 抱轴承箱材料化学成分分析结果 z g 2 5 m n 0 2 0 - 4 ) 3 01 1 肌1 3 00 3 4 5 3 01 1 0 1 3 0 3 0 _ 4 5 成分要求 0 0 4 0 0 6 正火实物 0 2 71 1 8o 3 70 0 1 8 o 0 2 20 0 8 70 0 4 2o 0 2 6 8 k 实物 o 2 10 7 10 4 70 0 0 7o 0 2 4 o 2 5o 2 00 1 l 4 2 低倍缺陷对比分析结果 正火处理s s 7 c 抱轴承箱与8 k 抱轴承箱进行实物低倍缺陷对比分析结 果见表4 2 ，实物低倍分析照片见图4 - 1 。 表4 - 2 抱轴承箱材料低倍检验结果 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 a ) 正火处理实物 ( 0 3 ) b ) 8 k 实物 ( o 3 x ) 图4 - 1 抱轴承箱材料低倍检验结果 4 3 非金属夹杂对比分析结果 正火处理s s 7 c 抱轴承箱与8 k 抱轴承箱材料非金属夹杂物对比分析结 果见表4 - 3 。 表4 - 3 非金属夹杂物评级结果 试样名称评级结果 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 4 4 金相组织对比分析结果 8 k 抱轴承箱实物金相试样金相组织k 1 、k 2 均为铁素体+ 珠光体，晶粒 度为8 7 5 级；正火处理抱轴承箱实物金相试样组织z l 、z 2 均为铁素体 + 珠光体，块状珠光体呈网状，铁素体晶粒度7 7 5 级，其中有已重结晶 细化一次奥氏体晶界遗迹。见图4 - 2 。 a ) 正火实物金相组织z 11 0 0 xb ) 正火实物金相组织z 15 0 0 x c ) 正火实物金相组织z 21 0 0 xd ) 正火处理金相组织z 25 0 0 e ) 8 k 抱轴承箱金相组织1 0 0xf ) 8 k 抱轴承箱金相组织5 0 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 0 贾 密弧缒鞠承籀金稳鳃织1 0 0 x撼8 k 撬骥承覆垒耀组织5 0 0 x 圈4 2 搀轴承箱材料金相组织对比分析结果 疆火嚣产靛辩蠹嚣魏漏嚣产歪火鳃织敦大 圈4 - 3 国产抱轴承箱材料难火后组织( s 酬) 图4 - 4 法国8 k 抱轴承箱材料的组织( s e m ) 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 1 页 图4 - 5 法国8 k 抱轴承箱材料的珠光体中碳化物形貌( s e m ) 图4 6 国产抱轴承箱材料的珠光体中碳化物形貌( s e m ) 图4 2 可知，两者的金相组织都为珠光体+ 铁素体，但是组织形貌有所 不同。从金相组织上观察可以看到：法国8 k 抱轴承箱材料中的铁素体呈细 小的块状，而国产抱轴承箱材料中铁素体相对比较粗大。同时在扫描电镜 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 2 页 下可以观察到国产抱轴承箱材料中存在一些微孔( 见图4 3 ) 。将抱轴承箱材 料的组织在扫描电镜下放大到5 0 0 0 倍进行观察，可以清楚地看到8 k 抱轴 承箱材料中的珠光体所含碳化物呈细小的颗粒状分布，见图4 5 ；而s s 7 c 抱轴承箱中珠光体所含碳化物大部分呈条状分布，见图4 6 。可以认为虽然 法国材料比国产材料组织基本相同，但是法国材料的组织要细化，这主要 是由材料的成分与处理工艺所决定的。在法国材料的成分中一些合金元素 起到了细化晶粒的作用。从金相组织情况可以推知：法国8 k 抱轴承箱材料 其强韧性应该优于国产抱轴箱材料。这也给我们提高国产抱轴承箱性能提 供了参考。 4 5 机械性能对比分析结果 表4 - 4 机械性能 从表4 - 4 可以明显看出，8 k 抱轴承箱材料的屈服强度、塑性与韧性均 高于国产材料 4 6 对比结果分析 表4 - 4 可以看到，同为正火组织，机械性能差距很大，与国产材料相 比，8 k 材料的屈服强度、延伸率、断面收缩率、冲击韧性均高于国内正火 水平，抗拉强度基本持平。 表4 - 1 发现，8 k 抱轴承箱实物的化学成分，m n 、s 含量低于z g 2 5 m n ，c 、 s i 、p 含量相近，相当于在z g 2 5 m n 中添加了少量的c r 、n i 、等元素，并 调整了、s 吉量，这种做法实现了z g 2 5 m n 的微合金化。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 3 页 c r 在钢中，一部分置换铁形成合金渗碳体，一部分溶入铁素体中，产 生固溶强化，提高铁素体的强度与硬度【嘲。 n i 以固溶的形式存在于钢中，但只显示弱的强化作用。n i 与c r 配合 使用，可以降低共析点的含碳量，增加珠光体含量，有利于提高强度。n i 的存在可以降低a 订转变温度，使珠光体晶粒变细，同时可使珠光体片间距 减小，有利于提高韧性【。 存在于钢的固溶体和碳化物中，起到固溶强化作用。 一般来说，降低s 的含量可以提高韧性。 根据上述，加入少量c r 、n i 、m o 等元素，主要是起到固溶强化、细化 晶粒的作用，从而提高钢的强度与韧性 金相组织观察，8 k 抱轴承箱组织较正火实物组织珠光体含量多、细化。 珠光体含量多，可以提高抗拉强度，细化晶粒是一种既强化又韧化的有效 措施。 铁素体+ 珠光体组织断裂时，首先是铁素体屈服形变，当其硬化达到 珠光体的屈服强度时，珠光体才参与形变。可见由于c r 的固溶强化提高铁 素体的强度，对材料的抗拉强度贡献不大，主要是提高材料的屈服强度和 冲击韧性。同理，扫描电镜分析( 见图4 - 3 、图4 - 4 ) 观察到8 k 铁素体较 正火实物铁素体细小，细小铁素体对抗拉强度贡献不大，主要提高材料的 屈服强度和冲击韧性。 图4 5 、图4 6 可观察到8 k 抱轴承箱珠光体中碳化物较s s 7 c 抱轴承箱 珠光体中碳化物细小。n i 使珠光体晶粒变细，使珠光体片间距减小，有利 于提高强度和韧性。 综上所述，8 k 抱轴承箱性能水平优于正火实物性能水平，主要是组织 细化的贡献，组织细化对韧性的提高贡献大于对强度的贡献。固溶强化也 是如此。珠光体含量和珠光体片间距是强度的主要贡献者。 图4 - 3 可以观察到，正火实物存在铸造缺陷。实际生产中，抱轴承箱 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 4 页 铸造质量一直不稳定，这次解剖的实物铸造质量是较好的。由于铸造质量 的不稳定，要达到8 k 抱轴承箱的水平，应该同时提高s s 7 c 抱轴承箱的强 度与韧性，走强韧化道路。 本章小结： ( 1 ) 8 k 抱轴承箱性能水平好于s s 7 c 抱轴承箱性能水平。 ( 2 ) 8 k 抱轴承箱强韧化机理是微合金化，通过微合金化，达到细晶强 化和固溶强化。 ( 3 ) s s 7 c 孢轴承箱需要在强度韧性方面提高，尤其冲击韧性需要大幅 度提商。 ( 4 ) 提高国产抱轴承箱及其他机车部件的使用寿命，8 k 抱轴承箱的用 材思路、材料强韧化思路值得我们借鉴与研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 5 页 第5 章试样强韧化处理工艺与组织性能分析 5 1 热处理工艺的设计 强度和韧性都取决于钢的微观结构形态。钢的强韧化途径是通过合金 化和冶金技术的深入研究与合理应用，从而控制组织、形态、分布、微观 结构以及各组织之间相互作用等因素，使其达到具有良好的强度和韧性的 最佳状态。使钢的强度和韧性能够相互匹配地提高5 】嗍。 理论结合实际，与工厂的实际情况相结合，z g 2 5 m n 强韧化可以借鉴的理 论依据主要有以下几个方面： ( 1 ) 通过微合金化来提高强度和韧性； ( 2 ) 细化晶粒； ( 3 ) 引入韧性相； ( 4 ) 减少气体杂质、控制夹杂物形态，提高铸造质量。 一个技术方法的设计必须考虑其使用环境的各个因素。通过添加合金 元素，使z g 2 5 m n 逐步向低合金高强度钢靠拢，材料才会有质的提高，而且 也丰富了热处理手段，可以通过不同的热处理工艺来满足多种使用要求。 由于经济投入加大，冶炼难度提高。此法不是首选方案。如果随着机车提 速，使用要求的提高，这个方法却是应该首先考虑的方案。 追本溯源，好的冶炼质量、铸造质量，对随后的热处理效果有着决定 性作用。抱轴承箱在铸造后，存在着缩孔、夹渣、偏析等缺陷，随后也作 了不少补救措施，但是对工件质量的影响依然存在。