城軌地鐵用EA4T車軸韌脆轉(zhuǎn)變溫度測(cè)定

于文壇 張艷 童樂 高偉

摘? 要：根據(jù)GB/T 229-2007對(duì)EA4T車軸進(jìn)行了不同溫度情況下的夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)，通過觀察斷口宏觀形貌，以剪切斷面率和沖擊吸收功確定了EA4T車軸的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。試驗(yàn)證明：EA4T車軸經(jīng)“正火+淬火+回火”熱處理后韌脆轉(zhuǎn)變溫度為-60℃。

關(guān)鍵詞：城軌地鐵;EA4T;韌脆轉(zhuǎn)變溫度;車軸

中圖分類號(hào)：U216.65? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）26-0107-04

Abstract： The Charpy V-notch impact test of EA4T axles under different temperatures was carried out according to GB/T 229-2007. The ductile-brittle transition temperature of the EA4T axle was determined by observing the macroscopic morphology of the fracture and the shear section rate and impact absorption work. The test proves that the ductile-brittle transition temperature of the EA4T axle after heat treatment of "normalizing + quenching + tempering" is -60°C.

Keywords： urban rail metro; EA4T; ductile-brittle transition temperature; axle

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)外城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市軌道交通以及地鐵得到了不斷的興建，鐵路列車關(guān)鍵部件之一的車軸是鐵路列車重要的走行部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到鐵路運(yùn)行安全。EA4T車軸是歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN13261）規(guī)定的高速鐵路用合金車軸，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗罂色@得優(yōu)良的強(qiáng)韌性，在歐洲已得到廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也引進(jìn)并應(yīng)用到了城市軌道以及地鐵的轉(zhuǎn)向架上。我國(guó)幅員遼闊，溫差較大，對(duì)列車在極端氣候條件下能否安全運(yùn)行提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)[1]，因此對(duì)車軸的韌脆轉(zhuǎn)變溫度提出了更高的要求。

本文根據(jù)GB/T 229-2007對(duì)EA4T車軸進(jìn)行了不同溫度的夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)，通過觀察斷口宏觀形貌，以剪切斷面率和沖擊吸收功確定了EA4T車軸的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。

2 材料與試樣

城軌地鐵用EA4T車軸化學(xué)成分見表1，采用“正火+淬火+回火”熱處理后，根據(jù)EN 13261標(biāo)準(zhǔn)，在輪座1/2半徑處或與輪座等直徑延長(zhǎng)體的1/2半徑處取縱向KV2進(jìn)行系列沖擊試樣，試樣尺寸為10mm×10mm×55mm，試樣形狀尺寸公差均滿足GB/T 299《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》的要求。金相組織為回火索氏體+少量貝氏體，奧氏體晶粒度為8.5級(jí)，見圖1，其試樣力學(xué)性能見表2。

3 試驗(yàn)方法

韌脆轉(zhuǎn)變溫度通常采用標(biāo)準(zhǔn)夏比V型缺口沖擊試樣來測(cè)定，為了測(cè)定EA4T車軸韌脆轉(zhuǎn)變溫度，需要精確控制試驗(yàn)溫度及保溫時(shí)間，根據(jù)GB/T 299-2007標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)過程中試樣在液體介質(zhì)中的保溫時(shí)間應(yīng)不小于20分鐘，溫度測(cè)量的公差范圍應(yīng)不超過±1℃，試樣從低溫裝置中移除至打斷的時(shí)間不大于5s[2]。

本試驗(yàn)采用ZBC2452-2型高低溫?cái)?shù)顯沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行系列沖擊試驗(yàn)，以液氮為冷卻介質(zhì)，試樣采用20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃、-80℃，共6個(gè)溫度，每個(gè)試驗(yàn)溫度做3個(gè)沖擊試樣，KV2沖擊功取3個(gè)有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)的最小值和平均值。采用SEM掃面電鏡進(jìn)行斷口分析，測(cè)定斷口解理斷裂部分，如圖2所示，即“閃亮”部分的長(zhǎng)度和寬度，根據(jù)GB/T 299-2007附錄C中表C.1進(jìn)行剪切斷面率計(jì)算，然后根據(jù)附錄C、D中“試樣沖擊缺口剪切斷面率為50%所對(duì)應(yīng)的溫度為韌脆轉(zhuǎn)變溫度”確定車軸韌脆轉(zhuǎn)變溫度。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)應(yīng)不同試驗(yàn)溫度，V型缺口試樣的KV2沖擊功值、剪切斷面率和試驗(yàn)溫度的關(guān)系見圖3～圖6，三個(gè)試樣的沖擊功、剪切斷面率值及斷口形貌見表3。不同溫度對(duì)應(yīng)的缺口沖擊試樣斷口照片及剪切斷面率見圖7所示。由表3可見，當(dāng)試驗(yàn)溫度為20℃、0℃、-20℃時(shí)，斷口形貌為剪切斷口，剪切斷面率為100%，見圖7（1）～（3）。當(dāng)試驗(yàn)溫度為-40℃時(shí)，斷口形貌為“剪切+解理”，剪切斷面率為69%，見圖7（4），當(dāng)試驗(yàn)溫度為-60℃時(shí)，沖擊韌性雖然仍為123J（最小值121J），但根據(jù)計(jì)算，其剪切斷面率為51%（最小值50%），即將進(jìn)入脆性轉(zhuǎn)變區(qū)間，見圖7（5）。當(dāng)試驗(yàn)溫度下降到-80℃時(shí)，其斷口形貌為“解理+剪切”，其剪切斷面率為24%（最小為22%），見圖7（6）。試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明：國(guó)產(chǎn)EA4T車軸在低于-60℃時(shí)，沖擊功隨著試驗(yàn)溫度的降低而急劇的下降，由韌性斷裂轉(zhuǎn)為脆性斷裂，故根據(jù)剪切斷面率面積計(jì)算，車軸韌脆轉(zhuǎn)變溫度為-60℃。

5 結(jié)論

（1）隨著沖擊溫度的降低，試樣由韌性斷裂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔眩诘陀?60℃時(shí)，樣品沖擊斷口剪切面積減少，解理面積增大，經(jīng)過計(jì)算，-60℃時(shí)最小斷口剪切面積為50%。

（2）由上述試驗(yàn)分析可知，城軌地鐵用EA4T車軸采用“正火+淬火+回火”熱處理后韌脆轉(zhuǎn)變溫度為-60℃，說明該車軸具有優(yōu)良的低溫韌性。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒靜，雷旻，等.國(guó)產(chǎn)高速重載列車車軸用鋼EA4T的冷脆轉(zhuǎn)變溫度測(cè)定[J].現(xiàn)代機(jī)械，2011（2）：79-80.

[2]GB/T229-2007.金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法[S].2007.