高速列車車輪踏面損傷機(jī)理分析及激光熔覆梯度涂層防損研究.pdf

1、隨著中國高速鐵路的快速發(fā)展，列車車輪長期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)的車輪磨耗及損傷等問題，增加了鐵路運(yùn)營成本，影響了列車舒適度及平穩(wěn)性，危害了列車行車安全。每年鐵路部門均要花巨資對輪軌進(jìn)行維修或更換。因此開展高速列車車輪防損對策研究，不僅能改善列車運(yùn)行的舒適度及平穩(wěn)性，增加列車行車安全，還能極大的降低鐵路運(yùn)營成本。
　　本文自行設(shè)計(jì)了一種自熔性鐵基合金粉末作為熔覆材料，利用LDM2500-60型半導(dǎo)體全固態(tài)激光器，通過正交試驗(yàn)，優(yōu)化

2、熔覆工藝參數(shù)，在高速列車車輪材料試樣表面進(jìn)行激光熔覆梯度涂層試驗(yàn)。利用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、洛氏硬度計(jì)、顯微硬度儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等測試設(shè)備，系統(tǒng)分析了激光熔覆處理前后高速車輪材料（ER8）、鋼軌材料（U75V）的組織成分、硬度、摩擦系數(shù)、磨損量及摩擦磨損形貌等情況。得出的主要結(jié)論如下：
　　1、最佳工藝參數(shù)為：激光功率1.8KW、掃描速度300mm/min、送粉速率20g/min，

3、搭接率40％。在此工藝參數(shù)下熔覆層表面形貌較好，單道熔覆層厚度在1.5mm左右，熔覆層稀釋率約為13%，熔覆層無氣孔、裂紋且與基體呈冶金結(jié)合。在最優(yōu)激光工藝參數(shù)下，對比不同合金粉末的單道熔覆層與基體結(jié)合區(qū)的形貌、結(jié)合強(qiáng)度、熔覆層表面硬度，確定選擇粉末編號F-2作為梯度涂層的第一層，F(xiàn)-3作為梯度涂層第二層，F(xiàn)-4作為梯度涂層第三層。
　　2、梯度涂層中各搭接區(qū)存在較大顆粒的胞狀晶，上下層搭接區(qū)域的結(jié)合區(qū)及熱影響區(qū)厚度較大。通過ED

4、S能譜儀發(fā)現(xiàn)梯度涂層中由于各層合金粉末不同，熔覆層上部的Cr、Ni等元素較熔覆層下部多，梯度涂層搭接區(qū)中顆粒較大的胞狀晶中Cr、Ni、Mn等元素含量明顯降低，基體中Cr、Ni、Mn等元素含量明顯增加。通過XRD衍射儀分析發(fā)現(xiàn)梯度涂層由大量的γ-Fe固溶體，F(xiàn)e3C、Cr7C3和Mn7C3碳化物，硼化物和金屬間合金等組成。
　　3、梯度涂層的顯微硬度分布較單道熔覆層的顯微硬度分布有較大改善，梯度涂層的顯微硬度從表面至基體持續(xù)平緩降低

5、，未出現(xiàn)像單道熔覆層中的臺階狀下降。這是由于熔覆過程中基體及各層熔覆層均存在元素的擴(kuò)散，同時由于存在搭接區(qū)域，搭接區(qū)受到激光重熔，組織較為粗大，使得硬度降低，減小了各熔覆層之間的硬度差。梯度熔覆層顯微硬度在450HV左右，較未處理車輪試樣提高約50%。輪熔覆的摩擦副相比于未熔覆的摩擦副的摩擦系數(shù)降低，總磨損率降低58.56%，鋼軌副磨損率降低31.41%，車輪副的抗磨性能提升約5.5倍，抗磨性能大大提高。未熔覆摩擦副的車輪試樣表面存在大