加工硬化对1_14C_12_72Mn钢铁路辙叉表面剥落的影响

第26卷第3期

2005年5月

特殊钢

SPECIALSTEEL

Vol.26.No.3 May 2005 45

工艺技术

加工硬化对1 14C 12 72Mn钢铁路辙叉表面剥落的影响

张 敏 王为波 周永欣 吕振林

安 强

(西安理工大学材料学院,西安710048) (中铁宝桥股份有限公司,宝鸡721006)

摘 要 高锰钢1 14C 12 72Mn铁路辙叉有良好的加工硬化特性,但使用时常因心轨表面龟裂剥落而提前失效。从辙叉断面的分析表明,辙叉表面剥落为腐蚀疲劳失效所致,表面组织中所有的Al2O3和铝酸钙等夹杂物,加工硬化后表面高硬度和产生的致密滑移带降低了高锰钢的耐腐蚀疲劳性能,同时随高锰钢在使用过程表面硬度大幅度提高,使钢的韧性和塑性明显下降,导致辙叉表面剥落。提高钢的洁净度,加入Ni,Cu等耐腐蚀元素和进行微合金化提高钢的抗断裂韧性是防止辙叉表面剥落的主要措施。

关键词 铁路辙叉 高锰钢 表面剥落 腐蚀疲劳

InfluenceofWorkHardeningonRailwayFrogSurfaceSpallingof

1 14C 12 72MnHighManganeseSteel

ZhangMin,WangWeibo,ZhouYongxinandL Zhenlin

(SchoolofMaterials,Xi anUniversityofTechnology,Xi an710048)

AnQiang

(ChinaRailwayTurnoutBridgeCoLtd,Baoji721006)

Abstract Therailwayfrogmadeof1 14C 12 72Mnhighmanganesesteelhasexcellentwork hardeningbehavior,

butitoftenfailsaheadofexpectedusinglifebecauseofnoserailspallingduringservice.Itshowedbyanalysisonfractureofrailwayfrogthatcorrosion fatiguefailureledtosurfacespallingoffrog,andthecorrosion fatigueresistancedecreasedduetotheinclusionsofAl2O3andCalciumaluminateexistedinsurfacestructureandwithworkhardeningthesurfacehighhard nessandformedthickanddensesliplineband,andwiththesurfacehardnessofhighmanganesesteelincreasedbybigmar gin,thetoughnessandplasticityofsteelobviouslydecreasedledtofrogsurfacespalling.Increasingcleanlinessofsteel,addinganti corrosionelementNiandCuandmicroalloyingofsteelaremainmeasurestopreventfrogsurfacespalling.

MaterialIndex RailwayFrog,HighManganeseSteel,SurfaceSpalling,Corrosion Fatigue

高锰钢具有加工硬化的重要特性,铁路辙叉主要用高锰钢(ZG Mn13)制作,但是辙叉在使用过程中受到车轮的强烈冲击和大气腐蚀的联合作用,表面常产生龟裂剥落掉块等现象,进而造成整

个构件的提前失效。目前,国内外关于高锰钢的研究主要集中在高锰钢硬度和耐磨性的提高、加工硬化机制、微合金化等方面,本文对ZG Mn13辙叉铸钢件腐蚀疲劳龟裂剥落与其表面的高硬度进行综合分析和研究。1 试验材料

高锰钢铁路辙叉铸件(表1)是采用电弧炉氧化法冶炼,辙叉在1050~1090!保温2h,然后迅速放入低于40!水中进行水韧处理,处理后为单相奥氏体组织,在铁道上使用之前经过爆炸预硬化处理。以使用8年并已经剥落掉块而失效的

[1]

表1 高锰钢铁路辙叉的化学成分/%

Table1 Chemicalcompositionsofhighmanganesesteelrailwayfrog/%

项目使用前试样使用后试样

C1.141.16

Mn12.7212.99

Si0.390.34

S0.0190.021

P0.0360.041

Fe余余

铁路辙叉作为研究对象,在承受载荷最为复杂、剥落掉块最严重的心轨部位用线切割方法进行取样,试样尺寸为15mm 15mm 5mm具体取样部位如图1所示。对切割下的剥落断口进行电镜扫描和能谱测试,并用HV 120维式硬度计测试辙叉试样近表面的硬度,观察硬化后的微观组织形貌,进而分析造成辙叉表面龟裂剥落的机理。2 辙叉剥落断口的分析1

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