锻压工艺参数对EA4T材料微观组织与疲劳特性影响分析

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EA4T合金钢是常用的铁路车轴材料,在国内外的大功率机车、高速列车以及地铁上被广泛使用,车轴在使用过程中主要承受循环载荷,循环载荷导致的疲劳失效是车轴最常见的失效形式。锻压工艺是车轴在生产过程中关键环节之一,锻压工艺参数影响车轴最后的机械性能。因此本文以EA4T材料为研究对象,使用试验、理论分析研究了不同的锻压工艺参数对EA4T材料微观组织与疲劳特性的影响,论文的主要研究内容包括:(1)本文对EA4T低碳合金钢钢坯进行了热锻造加工,对锻造后的EA4T材料进行微观组织和性能测试分析。本文选取了不同的锻造比、始锻温度和锻后冷却方式三个锻压工艺参数对锻造前后的EA4T材料进行分析。使用金相显微镜和扫描电子显微镜分别观察了 EA4T材料试件锻造前后的金相组织和疲劳断口形貌。(2)静拉伸试验、疲劳试验和试验数据处理。对EA4T低碳合金钢在不同锻压工艺参数下的锻件做了静拉伸试验和疲劳试验,并对试验数据进行整理,疲劳试验数据采用最小二乘法进行拟合,根据拟合曲线得到材料常数和不同锻压工艺参数条件下EA4T材料的S-N曲线。(3)讨论并分析了不同的锻压工艺参数对EA4T材料锻件疲劳寿命的影响。从微观组织和静力学试验去解释不同的锻压工艺参数下材料疲劳寿命的变化原因,分析了不同的锻造比、始锻温度、锻后冷却方式对EA4T材料试件疲劳性能的影响。(4)基于位错理论,疲劳断裂理论,分析了针对EA4T材料的疲劳裂纹萌生机理。根据不同锻造工艺参数下的疲劳断口,分析了不同参数下EA4T材料疲劳裂纹萌生。在疲劳寿命计算公式的基础上,找出影响疲劳寿命的关键因素应力强度因子门槛值,分析了疲劳寿命、门槛值、屈服强度和晶粒尺寸之间的关系。基于以上研究可知,EA4T材料的疲劳寿命随着锻造比的增大呈现先增大后减小的趋势,锻造比4.0下的EA4T材料具有最佳的疲劳性能。疲劳寿命随着始锻温度的增大而增大,在始锻温度1250℃时达到最大,且EA4T材料的疲劳寿命在沙冷条件下达到最优值。通过对晶粒尺寸、相组成和疲劳断口的分析,探讨了 EA4T材料疲劳寿命的变化。这些研究成果与结论对EA4T低碳合金钢的生产实践应用提供了指导。
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