6 w) h2 @, d! ]# F- T) N1 z/ [6 I表1 試驗車輪鋼成品的化學成分 % " I5 q1 B+ X6 A6 v, A6 G
試驗鋼號 C Si Mn S P Cr O N 7 K" A* O! V! D. @" T
1 0.51 0.33 0.72 0.006 0.015 0.23 0.0024 0.0060 6 \0 o1 d$ O5 F* M t2 A
2 0.50 0.32 0.72 0.008 0.015 - 0.0018 0.0062 ) ^4 d x* y3 ^, n
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對成品車輪按照標準取樣，進行拉伸和沖擊實驗等基本力學性能測試。并用光學顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡進行樣品的顯微組織和精細結構觀察，并進行硬度分析。為了解鉻在車輪鋼中的分布情況，對鋼中的滲碳體進行化學相分析。 . b! L0 T" @" U5 m0 |. V2 實驗結果 2 T. a: E* P. F
2.1 基本力學性能 6 [6 L6 S8 L& `
對試驗車輪的輪輞進行了常規力學性能試驗，表2和圖1分別是試驗車輪輪輞的拉伸性能、硬度和沖擊性能。從實驗結果可看出，無鉻鋼的強度和硬度都較低，僅為847MPa和HB246，略超過文獻規定的下限指標。和無鉻車輪鋼相比，含鉻車輪鋼材料的強度和硬度有了明顯的提高，增量分別為50MPa和HB15。尤其是距輪輞表面35mm處的硬度在加鉻后有了顯著的提高。還應看到，含鉻鋼的塑性稍有下降，但仍然遠遠超過規定的下限水平。沖擊實驗的結果顯示，加鉻后對沖擊性能有一定的影響，但影響不是太大。 3 G& J! M% t' W
表2 試驗車輪輪輞的常規力學性能 , N4 N" }# d7 p* V試驗車輪 試驗溫度/℃ σb/MPa σ0.2/MPa δ/% Ψ/% 踏面下35㎜處斷面的硬度(HB) , W0 W% o' m! G1 ~. e8 B
含鉻鋼 21.5 900 570 16.5 45.5 261 ! Y- Q3 d v4 F
無鉻鋼 21.5 847 525 18.0 54.0 246 ! c; U- U8 h+ F+ o9 U! ] " C, M( ^5 c/ W6 h2 U ' d4 `% J$ P. j. b; S" L4 l) l4 z* b& ?7 v4 X8 Y& j6 ]5 A
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圖1 試驗車輪輪輞的沖擊曲線(V形缺口試樣) ) J& i; x' n/ T6 m5 V4 T) H
R8 P. y! a. o" w. J5 `! {# s- c5 J2.2 顯微組織 " M' X1 S# U. L' i+ h含鉻車輪鋼和無鉻車輪鋼輪輞經熱處理(淬火+回火)后的顯微組織如圖2所示。從圖中可看出，兩種鋼的顯微組織主要是珠光體，含鉻鋼的先共析鐵素體比無鉻鋼略少。另外，含鉻鋼的顯微組織比無鉻鋼的細小，顯示出加鉻對車輪鋼的組織細化有一定的作用。 ( z' t2 D; k- ?( a2 L
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(a)含鉻鋼；(b)無鉻鋼 : i/ J/ O9 q4 W" P! B% N) E, v
圖2 輪輞經淬火+回火處理后的顯微組織 8 @# S! t/ F; f1 G; G' O( G; O
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車輪鋼屬于鐵素體-珠光體型中高碳鋼，其性能取決于鐵素體和珠光體組織各自的體積分數、形態和分布狀況。其中珠光體組織的體積分數占80％以上，其組織形態和分布對鋼的性能有很大的影響。珠光體片層間距的大小，決定了珠光體組織性能的優劣，是車輪鋼材料的一個非常重要的材料參數。影響珠光體片層間距大小的因素主要有轉變溫度和合金元素的含量等。進一步的TEM觀察可以發現，加鉻使珠光體的片層間距減小，使組織得到進一步細化，如圖3所示。加鉻提高鐵在γ相中的自擴散激活能，降低奧氏體轉變為鐵素體和珠光體的形核和長大速度，因而使珠光體的轉變溫度降低，珠光體的片層間距減小。 - @2 T( K' ^1 r
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(a)含鉻車輪鋼； (b)無鉻車輪鋼 0 V a/ k% G. |- r8 ^5 P2 D' i
圖3 含鉻車輪鋼和無鉻車輪鋼的珠光體組織(TEM) " j. `0 O- ]& {+ U4 V9 k
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為了驗證加鉻對細化車輪鋼珠光體片層間距的效果，并定量估算含鉻車輪鋼和無鉻車輪鋼珠光體的表觀片層間距，在掃描電鏡下以1～2萬的倍數觀察珠光體，對珠光體片層間距進行大量的數據統計，結果示于圖4(圖中橫軸采用片層間距的倒數來表征，以求更接近珠光體的本征參數)?？梢钥闯?，含鉻鋼出現概率峰的片層間距為270～300nm，概率峰值約為0.4，而無鉻鋼出現概率峰的片層間距為330～380nm，概率峰值約為0.3。另外，含鉻車輪鋼的片層間距分布總體向片層間距減小的方向偏移。數據統計的結果說明，加鉻使車輪鋼的珠光體組織產生細化效果，片層間距減小。 $ ~/ w" c" k) D5 k$ a
