抗側滾扭桿軸用彈簧鋼材料的性能研究.pdf

1、本文以軌道車輛用抗側滾扭桿裝置中的扭桿軸為研究對象,重點研究了關鍵零部件扭桿軸的材料性能,針對幾種常用金屬材料采用不同的熱處理工藝并對性能進行測試,探討扭桿軸的最佳熱處理工藝,并進一步通過疲勞性能研究確定最佳使用材料;最后利用仿真分析及試驗兩種手段證實了所選材料在整體裝置中的優(yōu)異性能,本文的研究內(nèi)容如下:
　　1.通過閱讀大量文獻,綜述了目前軌道車輛用抗側滾扭桿裝置的種類及作用,對評價扭桿軸材料性能優(yōu)異的試驗方法及手段進行了介紹,

2、并重點介紹了疲勞性能對于扭桿軸材料的重要性。
　　2.對42CrMo、50CrVE、51CrV4以及52CrMoV4四種材料進行淬透性研究。結果表明:51CrV4與52CrMoV4的硬度下降趨勢最為平坦,這兩種材料的淬透性最優(yōu),其次是50CrVE,42CrMo的淬透性最差。
　　3.針對淬透性較好的50CrVE、51CrV4以及52CrMoV4,進一步研究熱處理工藝對靜力性能的影響,重點討論了不同回火溫度對材料性能的影響。選

3、擇相同的溫度870℃淬火,對50CrVE按350℃、400℃以及450℃的溫度進行回火熱處理;對51CrV4及52CrMoV4兩種材料分別按320℃、380℃、420℃、460℃以及500℃的溫度進行回火熱處理。結果表明:50CrVE的最佳熱處理工藝為:870℃淬火,400℃回火;51CrV4及52CrMoV4的最佳熱處理工藝為:870℃淬火,420℃回火。
　　4.對經(jīng)不同回火處理后的50CrVE、51CrV4以及52CrMoV

4、4進行表面芯部硬度測試、機械性能測試以及金相組織觀察。結果表明:三種材料隨著回火溫度的升高,表面硬度不斷降低而且都呈現(xiàn)從外至內(nèi)逐漸下降的趨勢,且51CrV4和52CrMoV4的整體硬度要高于50CrVE;從機械性能來看,三種材料的抗拉強度及屈服強度不斷降低,塑性韌性逐漸升高,51CrV4和52CrMoV4的強度值高于50CrVE;從金相組織來看,51CrV4和52CrMoV4得到均勻的回火屈氏體組織,50CrVE的回火組織即回火屈氏體較

5、為粗大,還出現(xiàn)了較多的貝氏體。綜合考慮51CrV4和52CrMoV4的靜力學性能最優(yōu)。
　　5.根據(jù)扭桿軸長期承受扭轉力,同時還會產(chǎn)生部分彎矩的使用工況對靜力學性能優(yōu)異的材料51CrV4和52CrMoV4進行扭轉疲勞試驗。結果表明:兩種材料的疲勞極限相同,均為410MPa;從擬合的S-N曲線來看,斜線部分的斜率不同,即在施加相同的扭矩條件下,52CrMoV4的疲勞循環(huán)次數(shù)大于51CrV4,可說明52CrMoV4的疲勞性能好于51C

6、rV4,根據(jù)BuchA.理論,也證實了高抗拉強度的52CrMoV4的疲勞性能優(yōu)于51CrV4。
　　6.將靜力性能和疲勞性能最優(yōu)的52CrMoV4材料應用于實際產(chǎn)品扭桿軸上,運用試驗及有限元仿真分析兩種手段證實了其應用于產(chǎn)品后的優(yōu)異性能。對抗側滾扭桿裝置進行整體剛度試驗、彈性試驗以及疲勞試驗,測試結果表明整體剛度、彈性及疲勞性能均滿足使用要求;另根據(jù)抗側滾扭桿裝置的結構特點及實際使用工況運用ABAQUS對扭桿軸進行受力分析,得到扭