国产EA4T车轴钢的显微组织与强韧性研究
高铁用进口EA4T钢车轴的组织和力学性能
高铁用进口EA4T钢车轴的组织和力学性能
冉旭;姜明坤;韩英
【期刊名称】《机械工程材料》
【年(卷),期】2019(43)8
【摘要】研究了高铁用进口EA4T钢车轴的显微组织和力学性能,分析了组织和力学性能的均匀性。
结果表明:车轴中存在CaS、Al2O3及少量硅酸盐等非金属夹杂物,沿表面至心部夹杂物的数量增多;车轴不同位置的显微组织均为回火马氏体、贝氏体和少量先共析铁素体,自表面向心部先共析铁素体的尺寸增大、数量增多,组织不均匀;车轴的拉伸性能和硬度均满足标准要求,但心部因先共析铁素体含量较多,抗拉强度明显较低;车轴纵向存在带状组织,因此其横向冲击韧性较差;车轴试样的拉伸断口存在较多小而深的韧窝,说明其塑性良好,断裂方式为韧性断裂,而冲击断口存在明显的河流花样和韧窝,断裂方式为脆韧混合断裂。
【总页数】6页(P41-45)
【作者】冉旭;姜明坤;韩英
【作者单位】长春工业大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG142
【相关文献】
1.不同成分EA4T车轴钢的高周疲劳性能
2.淬、回火参数对250 mm×250 mm EA4T高速动车轴用钢组织和性能的影响
3.高铁用EA4T车轴钢热变形行为及变形
抗力模型的试验研究4.高铁车轴用结构钢的热处理和力学性能5.激光熔覆修复EA4T车轴钢显微组织和强度评价
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高铁用EA4T车轴钢热变形行为及变形抗力模型的试验研究
Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｈｏ ｔ Ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｂｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｔ ｈ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｆ ｏ ｒ
Ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｉ ｓ ａｎ ｔ ｃ ｅ ｏ ｆ ＥＡ４ Ｔ Ａｘ ｌ ｅ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｏｒ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｒａ ｉ ｌ
验机进行单 道次压缩变形 ， 变形完成 后进行 水淬 冷却
至室 温 。测 试 温 度 为 ９ ５ ０～１ １ ５ ０ ｃ Ｃ， 应 变 速 率 为 ０ ． １～ ２ ０ Ｓ ～； 形 变量 ６ ０ ％， 共进 行 ３ ０个 试 验 测试 ，
冶炼设 备为北 京科技 大 学冶金 与生态 学 院冶金 实验技 术 中心金 属 熔炼 实 验 室用 Ｚ Ｇ － ０ ． ０ １型 １ ０ ｋ ｇ 真空 感应 炉 ， 冶 炼实 测 成 分 与 标 准 值 如 表 １ 。试 验 材料 经感 应 炉 冶 炼 浇 铸 成 钢 锭 ， 然 后 将 其 锻 造 成
２ ． １ 试 验钢 的应 力． 应 变 曲线 及其 分析 在１ １ ５ ０ ｏ Ｃ、 应变 速 率 ２ ０ Ｓ 的试 验 中 ， 由于 试
样压坏， 缺少 １ 组数据 ， 共得有效数据 ２ ９ 组， 对结果
深冷处理对EA4T车轴钢马氏体组织及短裂纹行为的影响
第 54 卷第 4 期2023 年 4 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.4Apr. 2023深冷处理对EA4T 车轴钢马氏体组织及短裂纹行为的影响苏畅，杨冰，宋江杰，肖守讷，阳光武，朱涛(西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都，610031)摘要：利用光学显微镜(OM)、维氏硬度计、X 射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)技术等，开展深冷处理与回火顺序对EA4T 车轴钢马氏体组织及其疲劳断裂性能影响的研究。
研究结果表明：无论是“回火+深冷”处理还是“深冷+回火”处理，均能有效细化材料的微观组织，从而提高硬度和位错密度，但组织中含量较少的残余奥氏体无法通过深冷处理继续向马氏体转化；相对而言，经“深冷+回火”处理的试样晶粒尺寸细化效果最佳，且小角度晶界占比最多，可有效抑制裂纹的萌生；经“深冷+回火”处理后，材料微观组织对裂纹扩展的阻碍作用最强，裂纹扩展速率的下降更明显，疲劳断裂性能相对更优。
关键词：深冷处理；马氏体；位错密度；组织细化；裂纹扩展中图分类号：U270.4+1 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）04-1300-11Effect of deep cryogenic treatment on the martensite structureand short crack behavior of EA4T axle steelSU Chang, YANG Bing, SONG Jiangjie, XIAO Shoune, YANG Guangwu, ZHU Tao(State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)Abstract: The effect of deep cryogenic treatment and tempering sequence on the martensite structure and fatigue properties of EA4T axle steel were investigated by optical microscopy(OM), Vickers hardness tester, X-ray diffraction(XRD) and electron backscatter diffraction(EBSD). The results show that both "tempering+deep cryogenic" treatment and "deep cryogenic+tempering" treatment can effectively refine the microstructure of the material, thus improve the hardness and dislocation density. However, the retained austenite with less content in the structure cannot continue to transform into martensite by deep cryogenic treatment. The sample treated by "deep cryogenic+tempering" treatment has the best grain size refinement effect, and the proportion of low angle grain boundary is the largest, which effectively inhibits the initiation of cracks. It can be seen that after the "deep cryogenic+tempering" treatment, the microstructure of the material has the strongest inhibitory effect oncrack收稿日期： 2022 −05 −29； 修回日期： 2022 −07 −02基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51675446)；四川省国际科技创新合作项目(2022YFH0075)；牵引动力国家重点实验室自主课题(2022TPL-T03) (Project(51675446) supported by the National Nature Science Foundation of China; Project(2022YFH0075) supported by the International Science and Technology Innovation Cooperation Project of Sichuan Province; Project(2022TPL-T03) supported by the Independent Program of State Key Laboratory of Traction Power)通信作者：杨冰，博士，研究员，从事车辆结构强度及材料疲劳与断裂研究；E-mail ：************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.009引用格式： 苏畅, 杨冰, 宋江杰, 等. 深冷处理对EA4T 车轴钢马氏体组织及短裂纹行为的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(4): 1300−1310.Citation: SU Chang, YANG Bing, SONG Jiangjie, et al. Effect of deep cryogenic treatment on the martensite structure and short crack behavior of EA4T axle steel[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(4): 1300−1310.第 4 期苏畅，等：深冷处理对EA4T车轴钢马氏体组织及短裂纹行为的影响growth, the decrease of the crack growth rate is more obvious, and the fatigue fracture performance is relatively better.Key words: deep cryogenic treatment; martensite; dislocation density; microstructure refinement; crack propagation低温处理是改善钢铁材料性能且不产生其他危害的有效手段之一[1]。
国产与进口EA4T车轴材料性能对比研究
力学性能
冲击韧性
微观组织
文章编 号 ： １ ６ ７ ２ — １ １ ５ ２ （ ２ ０ １ ７） ０ １ — ０ ０ ０ １ ＿ ０ ２
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ２
文献标识码 ： Ａ
Ｅ Ａ ４ Ｔ车轴钢是一种广泛使 用于国外动车车轴 及大功率机车车轴的钢种 ， 也是欧洲标准（ Ｅ Ｎ １ ３ ２ ６ １ “ 铁路应用 一轮对和转 向架 一 车轴 一产品要求 ” ） 规 定 的高速客车车轴用钢。长期 的铁路车辆运营记录 表 明车轴是列车最重要 的受力部件之一 ， 随着车速 的提高 ， 将引起车轴动载荷 的加 大 ， 这直 接关 系到 列车的行 车安全 ， 也对车轴的性能提 出了更 高的要 求［ ， 因此对车轴 材料 的纯净度 、 致密度 、 力学性 能 等要求很高 。Ｅ Ａ ４ Ｔ车轴钢对性能（ 力学性 能、 冲击 功） 和纯净度要求苛刻 ， 不仅需要做力学性 能 ， 还要 求做横 向、 纵向 ， 缺 口深度为 ５ ｍ ｍ的冲击韧性检验
项性 能进行 了对 比 。 １ 试 验材 料及 方 法
上 山 上 上
一 一
ｌ
ｌ 一 纵 向 冲击 试 样 ； ２ — 横 向冲 击 试 样 ； ３ 一 拉 伸 试样
图１ 纵 向拉伸 、 冲击试样取 样位 置示意 图（ ｍｍ）
２ 试 验 结果 与分 析
国产 与 进 口 Ｅ Ａ ４ Ｔ车轴 材 料试 样 均采 用 箱 式 电
等， 技 术 难度 很高 。
照Ｇ Ｂ ／ Ｔ ２ ２ ８ －２ ０ ０ ２《 金 属材 料 拉伸试 验 室温 试验 方 法》 对 车 轴钢坯 进 行 常温力 学 性能 检测 ， 测 定 的常 温
拉伸性 能包括抗拉强度 Ｒ ｍ 、 屈服强度 Ｒ ： 、 伸长率 Ａ 及断面收缩率 ｚ ０ 根据 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ２ ２ ９ － － － １ ９ ９ ４ （ 金属夏比缺 口冲击试验方法》进行做常温及 一 ４ ｏ℃横 向和纵 向 冲击试验 ，常温冲击试验试样刻槽 深度为 ５／ ｒ ｉ ｍ深 “ ｕ ”型与 一 ４ ０ ℃冲击试验试样刻槽深度为 ２ ｍ ｍ深
ea4t车轴钢的应用范围
ea4t车轴钢的应用范围
EA4T车轴钢是一种高强度、高耐磨、高韧性的合金钢，广泛应用于各种车辆的传动系统中。
它的出色性能使得它在汽车、摩托车、火车等交通工具的制造中扮演着重要的角色。
EA4T车轴钢在汽车制造中有着广泛的应用。
汽车作为现代交通工具的代表，对车辆的安全性和可靠性要求极高。
EA4T车轴钢的高强度和高耐磨性使得它成为制造汽车传动系统的理想材料。
在汽车的驱动轴、传动轴、差速器等部件中，EA4T车轴钢都能够提供卓越的性能，确保车辆的平稳行驶和可靠性。
EA4T车轴钢在摩托车制造中也有着广泛的应用。
摩托车作为一种快速、灵活的交通工具，对车辆的操控性和稳定性要求较高。
EA4T车轴钢的高韧性和高强度使得摩托车制造商能够设计出更加稳定、耐用的车辆。
无论是摩托车的传动系统还是悬挂系统，EA4T车轴钢都能够提供出色的性能，确保骑行的安全和舒适性。
EA4T车轴钢还在火车制造中扮演着重要的角色。
火车作为一种重型交通工具，对车辆的承载能力和耐久性要求极高。
EA4T车轴钢的高强度和高韧性使得火车制造商能够设计出更加强大和可靠的火车车辆。
在火车的车轴、转向架等关键部件中，EA4T车轴钢能够提供出色的性能，确保火车的安全运行和长久耐用。
EA4T车轴钢在汽车、摩托车、火车等交通工具的制造中都有着广泛
的应用。
它的高强度、高耐磨性和高韧性使得它成为制造传动系统和关键部件的理想材料。
无论是在高速公路上驰骋的汽车，还是在山间小道上穿行的摩托车，抑或是铁轨上奔驰的火车，EA4T车轴钢都能够带来卓越的性能，确保交通工具的安全和可靠性。
300mm×300mm EA4T车轴钢坯生产工艺实践
近几 年来 ， 中国铁路 运行进 行 多次提 速 ， 条件 有
的线 路列 车 运 行 时 速 可 达 ３ ０ ｋ ／ 。 目前 国 内机 ０ ｍ ｈ
结 果符 合 Ｅ １２ １２０ 求 ， 成 的车轴 已成 功应 Ｎ ３６ —０３要 制 用 在大 秦铁路 上 的 ８轴 大功率 交 流机车 上 。
性能 、 非金属 夹 杂 等检 验 项 目要求 更 严 。 特别 是 材
料 的力学性 能指 标 ， 除规 定 了 １２半 径 处材 料 的技 ／ 提 出了要求 。具 体对 比结果 见表 ２ 。
２ 生产工 艺
术指 标外 ， 还对 材料 近 表 面及 中心 位 置 的力学 性 能
标准 Ｅ １２ １ ０３ 对化学成分 、 Ｎ ３６ — ０ ， ２ 力学性能 、 非金属 夹杂物 、 显微组织等质量指标要求严格 ， 并要求光滑
１ ７ ０ｏ ５ Ｃ吊钢包 至开浇 。
Ｅ Ｔ电弧炉 炉料 由清 洁 、 Ｂ 干燥 的专 用废 钢 、 磷 低
浇铸 系统 清洁 、 干燥 。浇铸 过程 采用 氩封保 护 ， 氩气 压力 ０４ＭＰ ， 铸 温度 １ ５ ． ａ浇 ０～１ ５ Ｃ， 铸 ５ ５ｏ 浇 ５ 速度 ： 身 Ｉ５０Ｓ补 缩 ≥３０Ｓ 锭 ＞ ８ ， ７ 。锭 模 温度 控 制 在 ５ ０～１０℃ 。试 验炉 号钢 锭化 学成分 见表 １ ０ 。
１ Ｅ １ ２ １与 国标 、 标 的差别 Ｎ ３６ 行
车 车 轴 用 钢 主 要 是 Ｊ４ 、Ｚ０钢 ， 别 厂 家 在 用 Ｚ０ Ｊ５ 个 ３ＣＭｏ ， ５ ｒ 钢 但无 法满 足高 速 、 载铁路 机 车的要求 。 重
车轴是车辆承受动载荷 的关键零件 ， 受力状态
复杂 ， 主要 承受 弯 曲 载 荷 、 转 载 荷 或 弯 扭 复 合 载 扭 荷， 并可 能受 到一 定 冲击 。车轴在 工作 中可 因疲劳 、 弯 曲 、 转或拉 伸 应 力而 断 裂 ， 疲 劳 断 裂 （ ｒｔｎ 扭 但 Ｆｅｉｇ ｔ Ｆｔｕ ） ａｇｅ 是高 速铁路 车轴 的普遍 断 裂形式 ， ｉ 尤其 是在 与轮座 接触 处 。本文 所述 车轴 用钢 Ｅ ４ Ａ Ｔ采用 欧洲
冲击加载下42CrMo钢的动态力学性能及其本构关系
冲击加载下42CrMo钢的动态力学性能及其本构关系李定远;朱志武;卢也森【摘要】As an important part of high-speed trains,the axle has to withstand complex loads,especially the shock load in the train's operating conditions.To study the dynamic mechanical properties of the 42CrMo steel used in axle production,quasi-static and dynamic compression experiments of 42CrMo steel were conducted at strain rates from 0.001 s-1 to 4163 s-1 .The results of these experiments show that the 42CrMo steel has an effect of strain rate,strain hardening and thermal softening at high strain rate.Based on the experimental results,we improved the Johnson-Cook model by decoupling the terms of the strain and the strain rate,and also by considering the adiabatic temperature rise.The improved Johnson-Cook model has proved to be capable of describing the dynamic mechanical properties of the 42CrMo steel well and providing reference for practical engineering structural mechanics analysis.%车轴作为高速列车走行部中的重要部件,不可避免地需承受冲击载荷作用.为研究车轴用42CrMo钢的冲击动态力学性能,对其进行了应变率0.001~4163 s-1范围内的压缩实验,结果显示42CrMo钢在高应变率下表现出明显的应变率效应,存在应变硬化以及一定的热软化效应.根据实验结果对Johnson-Cook模型中应变项和应变率项解耦,并引入绝热温升,得到改进的Johnson-Cook模型,改进Johnson-Cook模型能够较好地描述42CrMo钢的动态力学特性,为实际工程结构力学分析提供了参考.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2017(031)006【总页数】8页(P761-768)【关键词】42CrMo钢;应变率效应;绝热温升;本构模型【作者】李定远;朱志武;卢也森【作者单位】西南交通大学力学与工程学院,四川成都 610031;西南交通大学力学与工程学院,四川成都 610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学力学与工程学院,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】O347.11 引言车轴是高速列车走行部中的重要部件，在高速列车正常工作状态下，车轴除承受复杂的设计载荷外，不可避免地会受到车体及轮轨对其的冲击作用。
热处理工艺对EA4T钢车轴组织与性能的影响
［ 1 ］
39
有利于在保证疲劳性能的前提下提高车轴的安全性 。 我国铁道建设正处于跨越式发展时期 ， 随着高速、 重载机车的使用数量增加， 对车轴的高性能、 高可靠性 经过 提出了更严格的要求。 EA4T 钢为低碳合金钢， 适用于制造高 适当的热处理后可获得优良的强韧性， 速、 重载车轴， 在欧洲已得到广泛的应用， 目前国内引 进并应用于大功率重载交流传动电力机车上 。本文对 EA4T 钢制造的大功率车轴采用不同热处理工艺得到 的组织与性能进行了对比与分析 。
取样 位置 表面 No. 1 1 /2 R 心部 表面 No. 2 1 /2R 心部 表面 No. 3 1 /2R 心部 Rm / MPa 772. 2 727. 3 684. 3 845. 3 733. 6 720. 6 725. 0 720. 6 735. 1 Re / MPa 628. 4 505. 8 453. 0 644. 5 531. 8 521. 0 576. 2 557. 8 566. 5 δ/ % 18. 4 19. 0 20. 1 17. 6 22. 0 21. 4 20. 7 21. 3 19. 3 纵向 KU5 / 横向 KU5 / J 44. 0 42. 0 49. 0 37. 0 41. 0 41. 0 59. 0 53. 5 53. 5 J 32. 0 27. 5 32. 5 45. 0 31. 0 50. 0 47. 0 43. 0 46. 0
December 2011
热处理工艺对 EA4T 钢车轴组织与性能的影响
1 郑业方 ，杨 2 2 2 军 ，苏立武 ，佘毅赟
（ 1. 株洲九方热表技术有限公司， 湖南 株洲 412001 ； 2. 株洲天力锻业有限责任公司， 湖南 株洲 412001 ）
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０．２２ 表面
０．２０
０．１８
ＪＲ ／ＭＰａ
０．１６
０．１４
０．１２
０．１０ Ｒ／２ 处
０．０８
０．０６ ０．１ ０．２
０．３ ０．４ ０．５
裂纹扩展量 Δａ／ｍｍ
图 １ 不同部位的 ＪＲ 阻力曲线
冲击试验在 ＪＢ－３０Ａ 型摆锤式冲击试验机上 进行， 采用夏比 Ｕ 型冲击试样（Ｕ 型缺口）， 冲击样 坯的切取按照 ＧＢ／Ｔ２９７５ 的规定执行； 试验在常 温 下 进 行 ； 分 别 在 车 轴 的 中 心 、Ｒ／２ 及 表 面 处 取 横、纵向样。
拉伸试验在 Ｉｎｓｔｒｏｎ８５０１ 试验机上进行测定， 采用 !１０ ｍｍ 标准拉伸试样， 根据 ＧＢ／Ｔ２２８－２００２ 进行室温拉伸试验。试样原始标距 Ｌ０ 取 ５０ ｍｍ， 试验在常温下进行。测定的室温拉伸性能包括抗 拉强度（σｂ）、屈服 强度（σｓ）、伸长 率（δ）及断 面 收 缩 率（ψ）。
断 裂 韧 性 试 验 根 据 国 标 ＧＢ／Ｔ２０３８ 在 ＣＳＳ－２８０Ｓ－２００ＫＮ 型电液伺服疲劳试验机上进行。 预制疲劳裂纹阶段， 采用恒幅载荷条件、正弦波， 其 应力比 Ｒ＝－ １， 载荷水平 Ｆ＝２０ ｋＮ ， 频率 ｆ＝２０ Ｈｚ； 裂
2012-05-18########################2012-05-18########################2012-05-18
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下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ ＆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 材料热处理技术
（ａ）表 面
（ｂ）Ｒ／２ 处
（ｃ）心 部
２０μｍ
２０μｍ
图 ２ 从表面到心部纵向光学显微组织 Ｆｉｇ ２ Ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏ ｍｉｄ－ｒａｄｉｕｓ
度 与 断 裂 及 其 新 材 料 、新 工 艺 的 研 究 开 发 工 作；
０．５３Ｍｎ， ０．０１１Ｐ， ０．０１８Ｓ， １．０２Ｃｒ， ０．２２Ｍｏ， ０．１１Ｎｉ， ０．１５Ｃｕ。 该钢冶炼成铸锭后， 先锻造 成 !２８０ ｍｍ 的棒材， 再经 ９００ ℃淬火＋高温回火的调质热处理 后， 在轴的不同部位取样进行力学性能试样加工。 １．２ 实验方法
梁益龙 １， ２， 王 新 １， ２， 孟 阳 １， ２， 王筑生 ３， 张春红 ３ （１． 贵 州 大 学 材 料 科 学 与 冶 金 工 程 学 院， 贵 州 贵 阳 ５５０００３； ２． 贵 州 省 材 料 结 构 与 强 度 重 点 实 验 室， 贵 州 贵 阳 ５５０００３； ３． 贵阳特殊钢有限责任公司， 贵州 贵阳 ５５０００５）
１ 实验材料及方法
１．１ 实验材料 实验所用材料为实验用国产化 ＥＡ４Ｔ 钢， 其
实测主要化学成分（质量分数， ％）为： ０．２５Ｃ， ０．２８Ｓｉ，
收 稿 日 期： ２００８－０３－３１ 基 金 项 目： 黔 科 合 重 大 专 项（２００６６０３１） 作者简介：梁益龙（１９５５－）， 男， 贵州人， 教授，主要从事金属材料的强
２ 实验结果与分析
２．１ 常规力学性能分析
在 轴 的 表 层 、Ｒ／２ 处 以 及 心 部 按 纵 向 和 横 向
取样进行冲击性能和拉伸性能试验， 结果见表 １
和表 ２。
表 １ ＥＡ４Ｔ 钢的冲击韧度值
Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ＥＡ４Ｔ
试样状态
近表面 Ｒ／２ 心部 近表面 Ｒ／２ 心部 （纵） （纵） （纵） （横） （横） （横）
换算的 Ｋ１ｃ ／（ＭＰａ·ｍ１／２） １４９ １１９
表 面 处 的 Ｊ０．２＝ ０．１０５ ＭＰａ·ｍ、Ｋ１＝ １４９ ＭＰａ·ｍ１／２， 且阻力曲线斜率较大， 起裂点较高； Ｒ／２ 处的 Ｊ０．２＝ ０．０６７３ ＭＰａ·ｍ， Ｋ１Ｃ＝ １１９ ＭＰａ·ｍ１／２， 且 阻 力 曲 线 斜 率较小， 起裂点较低。Ｊ０．２ 值结果表明， 近表面的断 裂韧性值明显高于 Ｒ／２ 处。对 ７００ ＭＰａ 强度水平 来讲， 这个断裂韧性值较低。 ２．３ 材料质量分析 ２．３．１ 显微组织分析
共析铁素体， 并沿心部逐渐增多， 这是引起材料解理开裂而降低韧性和塑性的主要原因。
关键词： 车轴钢； 显微组织； 强韧性； 断裂机理
中图分类号： ＴＧ１４２．４１
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－３８１４（２００８）１６－００２３－０３
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｎ Ｍｉｃｒ ｏｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ｅ ａｎｄ Ｏｂｄｕｒ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ａｘｌｅｓ Ｓｔｅｅｌ ＥＡ４Ｔ
（１） 断 裂 韧 性 断 口 分 析 将 Ｒ／２ 处断裂韧性 试样断口在扫描电镜下进行观察， 结果见图 ３。
２４
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， Ｖｏｌ．３７， Ｎｏ．１６
2012-05-18########################2012-05-18########################2012-05-18
由表 １ 可看出， 试样的纵向 Ｒ／２ 处及所有横 向处的值都偏低。由于缺口深度为 ５ ｍｍ， 与 ２ ｍｍ 比较弹塑性变形区减少， 吸收的能量就相应减 少。 根据西门子 ＥＮ１３２６１ 标准上述冲 击值均小 于标准值。
表 ２ 是 ＥＡ４Ｔ 钢的拉伸性能值， 按照西门子 的 标准 （σｓ≥４２０ ＭＰａ， σｂ≥６５０ ＭＰａ， δ≥１８％）， 从 实验中可看出， 强度指标符合要求， 但伸长率低于 标准值。这可能是由于近表面在拉伸过程中出现 了反冲现象， 因而导致了试样的伸长率降低。 ２．２ Ｊ Ｒ阻力曲线及断裂韧性
摘 要： 采用扫描电镜、金相显微镜等试验手 段 对 试 验 用 国 产 化 ＥＡ４Ｔ 车 轴 钢 的 显 微 组 织 、断 裂 韧 性 及 断 口
形貌进行观察分析， 力学性能测试结果表明 ： 该 钢 Ｍｎ、Ｃｒ 含 量 偏 低 ， 导 致 车 轴 钢 淬 透 性 较 差 ； 材 料 中 出 现 块 状 先
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ＪＲ ｃｕｒｖｅｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ
表 ３ 不同部位的 Ｊ １ｃ 和 Ｋ１ｃ 值 Ｔａｂ． ３ Ｔｈｅ Ｊ ０．２ ａｎｄ Ｋ１ｃ ｖａｌｕｅ ａｔ ｄｉｆｆｅｒ ｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ
部位 近表面 Ｒ／２ 处
Ｊ０．２ ／（ＭＰａ·ｍ） ０．１０５ ０．０６７３
冲击吸收功 ＡＫＵ／Ｊ ５５￣５７ ３４￣３７ ５１￣５４ １９￣２３ ２０￣２３ ２０￣２２
ＨＲＣ（平均值） ２４ １９ １３ ２５ ２０ １９
表 ２ ＥＡ４Ｔ 钢的拉伸性能 Ｔａｂ． ２ Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ＥＡ４Ｔ
取样
Ｆ
Ｌ０
Ｌ１
Ｄ０
Ｄ１ δ（％） Ψ（％） σｓ
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ａｘｌｅｓ ｓｔｅｅｌ； ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｏｂｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ； ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
铁路机车中的车辆车轴是一个十分重要的构 件， 车轴在运行中如发生断裂将造成脱轨、翻车 等重大恶性事故， 因此世界各国对提高车轴的可 靠性均十分重视［１］。随着我国铁道车辆 的提速加 载， 原 ４０ 钢、５０ 钢已不适宜作为高速、重载机车 车轴用钢， 而是引进德国西门子技术、采用力学 性 能 更 优 异 的 ＥＡ４Ｔ 钢 ［２］。 为 更 好 地 引 进 消 化 ＥＡ４Ｔ 钢， 并在此基础上有所创新， 本文对实验用 国产化 ＥＡ４Ｔ 钢热处理后的显微组织、冲击、断裂 等力学性能进行了研究， 探讨了影响该钢强韧性 的主要因素， 由此提出了改进方法和措施。
σｂ
部位 ／ｋＮ ／ｍｍ ／ｍｍ ／ｍｍ ／ｍｍ
／ＭＰａ ／ＭＰａ
表面 ６２．６５ ５０．００ ５５．２６ １０．０７ ６．６８ １０．５２ ５６．００ ５７０．０ ７８１．９
Ｒ／２ ５６．４６ ５０．００ ５７．４２ １０．００ ６．５２ １４．８４ ５７．４９ ５６０．２ ７２６．１
心部 ５６．３０ ５０．００ ５８．４５ １０．０１ ７．２２ １６．９ ４７．９８ ５５０．５ ７１３．９
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｘｌｅｓ ｓｔｅｅｌ ＥＡ４Ｔ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＳＥＭ ａｎｄ ＴＥＭ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｏｗ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｍｎ ａｎｄ Ｃｒ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗ ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ． Ｔｈｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｏｆ ｍａｓｓｉｖｅ ｅｕｔｅｃｔｏｉｄ ｆｅｒｒｉｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｄｕａｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｌｏｎｇ ｃｅｎｔｒｅ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｌｅａｖａｇｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ， ｗｈｉｃｈ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｅｎａｃｉｔｙ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ．
材料热处理技术 Ｍａｔｅｒｉａｌ ＆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
２００８ 年 ８ 月
扩展量后停机， 用二次疲劳法， 使稳定裂纹扩展区 留印后压断。试验在常温下进行。压断试样后， 用 工 具 显 微 镜 测 量 裂 纹 长 度 ａ 和 裂 纹 扩 展 量 Δａ （Δａ≤０．５ ｍｍ）。