《國產高速鐵路用車輪鋼斷裂及高速載入韌脆轉變機理》是依託北京科技大學，由任學沖擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：國產高速鐵路用車輪鋼斷裂及高速載入韌脆轉變機理
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：任學沖
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國已成為高速鐵路的運營大國，但目前作為高速列車關鍵技術之一的高速車輪的國產化還未實現，其主要乃至唯一原因是高速車輪鋼材料的斷裂韌性偏低並且很不穩定。這嚴重影響了車輪鋼國產化進程以及今後國產車輪的運行安全性。本申請擬在對國產化高速車輪鋼力學性能大量研究的基礎上，針對高速車輪鋼的斷裂韌性重點研究以下幾個問題：①高速車輪鋼斷裂行為的特點、規律及斷裂機理；②微觀組織（包括晶粒尺寸、鐵素體分布、珠光體片間距及第二相等）對高速車輪鋼斷裂韌性影響的定量關係；③環境溫度對高速車輪鋼斷裂行為、斷裂韌性和斷裂機理的影響；④高速車輪鋼在高速載入條件下的斷裂行為、試驗方法及韌脆轉變機理的研究；⑤高速車輪鋼斷裂過程的SEM、TEM及同步輻射X射線原位微觀觀察與分析研究。通過這些研究揭示高速車輪鋼的斷裂機理，為改善高速車輪鋼的斷裂韌性提供有效的方法，並且為高速車輪鋼的安全評估和設計提供依據。
結題摘要
高速車輪是高速列車的關鍵部件之一，密切關係高速列車運行的安全性。作為關係高速列車核心技術之一的高速車輪仍全部依賴進口。問題突出表現在斷裂韌性偏低且不穩定，其關鍵原因在於對高速車輪鋼的斷裂機理沒有充分的理解，對影響高速車輪鋼斷裂韌性的主要因素沒有正確認識。圍繞車輪鋼的斷裂韌性，本課題主要開展了如下研究：（1）高速車輪鋼的斷裂行為及斷裂機制；（2）晶粒度、珠光體團、珠光體片間距及第二相等微觀組織對高速車輪鋼斷裂韌性影響的定量規律；（3）溫度對高速車輪鋼斷裂韌性及斷裂行為的影響；（4）車輪鋼高速載入實驗方法及高速載入對車輪鋼斷裂韌性及斷裂行為的研究；（5）車輪鋼的韌脆轉變機制。通過對上述問題的研究，重要研究結果如下：（1）晶粒尺寸對試樣的斷裂韌性有明顯的影響，最大5%晶粒尺寸越大斷裂韌性越低，粗大的珠光體片間距會降低斷裂韌性。尺寸在10 μm以下的夾雜物對室溫衝擊韌性及斷裂韌性沒有明顯影響。（2）CL50D車輪鋼顯微晶粒度隨加熱速率的增加而增加，且組織均勻化，在850 ℃附近為組織最佳化的溫度區間。（3）20至-80℃下，車輪鋼的斷裂處於韌—脆轉變區，斷裂韌性且隨溫度的降低而降低；溫度較高時，解理斷裂的模式為擴展控制，晶粒尺寸和珠光體片間距越小斷裂韌性越高。（4）在擴展控制斷裂機制下，微觀組織對車輪鋼的解理斷裂應力具有明顯影響，晶粒尺寸和珠光體片間距越細解理斷裂應力越高。（5）高速車輪鋼屈服應力、抗拉強度隨應變速率的常用對數的升高而線性增加，隨溫度的升高而基本呈線性降低。溫度及載入速率對高速車輪鋼材料塑性本構關係的定量影響可通過包含溫度和應變速率參數的Hollomon方程描述。隨載入速率增加，裂紋尖端更易解理起裂，發生脆性斷裂。本研究共已發表（含已接受）SCI/EI檢索論文8篇，授權發明專利1項，培養碩士研究生4名，參加國內外學術會議4次。通過本項目的研究，基本弄清了高速車輪鋼斷裂的規律和機理，找到了影響斷裂韌性的主要因素，其研究結果為提高高速車輪鋼斷裂韌性提供了可行的工藝改進思路，為高速列車的安全評價和設計提供了依據。本項目研究的CL50D車輪鋼及其性能、工藝成果被納入國產動車組用車輪標準範圍。
