• ISSN 0258-2724
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30NiCrMoV12和EA4T材质高速动车组车轴服役性能

李秋泽 张英春 陈丞 张敏男 张青松 戴光泽

李秋泽, 张英春, 陈丞, 张敏男, 张青松, 戴光泽. 30NiCrMoV12和EA4T材质高速动车组车轴服役性能[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1306-1312, 1336. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191211
引用本文: 李秋泽, 张英春, 陈丞, 张敏男, 张青松, 戴光泽. 30NiCrMoV12和EA4T材质高速动车组车轴服役性能[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1306-1312, 1336. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191211
LI Qiuze, ZHANG Yingchun, CHEN Cheng, ZHANG Minnan, ZHANG Qingsong, DAI Guangze. Service Performance of High-Speed EMU Axles Made of 30NiCrMoV12 and EA4T[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1306-1312, 1336. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191211
Citation: LI Qiuze, ZHANG Yingchun, CHEN Cheng, ZHANG Minnan, ZHANG Qingsong, DAI Guangze. Service Performance of High-Speed EMU Axles Made of 30NiCrMoV12 and EA4T[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1306-1312, 1336. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191211

30NiCrMoV12和EA4T材质高速动车组车轴服役性能

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191211
基金项目: 中国铁路总公司科技研究开发计划(2016J007-H)
详细信息
    作者简介:

    李秋泽(1972—),男,教授级高工,研究方向为高速动车组转向架结构设计、动力学性能分析及动力转向架传动系统,E-mail:Liqiuze1@sina.com

    通讯作者:

    戴光泽(1963—),男,教授,博士生导师,研究方向为轨道交通材料国产化及其服役性能评价,E-mail:g.dai@163.com

  • 中图分类号: U270.12

Service Performance of High-Speed EMU Axles Made of 30NiCrMoV12 and EA4T

  • 摘要: 为全面掌握高速动车组30NiCrMoV12和EA4T两种车轴材质的服役性能,分别实测了新、旧车轴的化学成分、常规力学性能、标样疲劳特性、冲击性能、断裂韧性、疲劳裂纹扩展门槛值和疲劳裂纹扩展速率等,并对其金相组织进行观测,综合评价分析两种材质车轴服役性能. 结果表明:(1) 与EA4T材质相比,30NiCrMoV12材质车轴中Ni含量高10倍,Mo、V含量高2倍,C含量略高,抗拉强度高34%,屈服强度高54%,疲劳强度高30%;(2) 断裂损伤性能对比中,30NiCrMoV12材质车轴比EA4T材质车轴的常温冲击功约低12%,断裂韧性约高34%,EA4T材质新轴疲劳裂纹扩展门槛值比30NiCrMoV12新轴的高21%,旧轴时两者相当;(3) 当应力强度因子幅度小于50 MPa•m1/2时,30NiCrMoV12材质车轴裂纹扩展速率大于EA4T材质车轴,反之,30NiCrMoV12材质车轴裂纹扩展速率小于EA4T材质车轴;(4) 30NiCrMoV12材质车轴整个截面组织均为晶粒细小的贝氏体和回火马氏体,淬透性较好,制造工艺性能好;EA4T车轴在表面约30 mm深度范围为均匀的贝氏体和回火马氏体,后随深度增加逐渐出现铁素体,距表面60 mm为珠光体和铁素体,并以铁素体为主.

     

  • 图 1  拉伸试样取样

    Figure 1.  Sampling positions in tensile tests

    图 2  冲击试样取样

    Figure 2.  Sampling positions in impact tests

    图 3  常温冲击功试验

    Figure 3.  Impact energy test results at normal temperature

    图 4  拉压疲劳试验

    Figure 4.  Test results in tension and fatigue

    图 5  光滑试样旋转弯曲疲劳试验

    Figure 5.  Rotational bending fatigue of smooth specimens

    图 6  缺口试样旋转弯曲疲劳试验

    Figure 6.  Rotational bending fatigue of notched specimens

    图 7  断裂韧性试样取样位置

    Figure 7.  Sampling position in fracture toughness test

    图 8  裂纹扩展速率试验

    Figure 8.  Test results of crack growth rate

    表  1  化学成分的质量分数

    Table  1.   Mass fraction of chemical components

    材质试样/标准CSiMnPSCrNiMoCuV
    EA4T 新轴 0.277 0.287 0.726 0.005 0.002 1.063 0.215 0.230 0.130 0.040
    旧轴 0.276 0.302 0.703 0.004 0.001 1.059 0.217 0.233 0.139 0.045
    EN 13261: 2009[7] 0.220~
    0.290
    0.150~
    0.400
    0.500~
    0.800
    ≤ 0.020 ≤ 0.015 0.900~
    1.200
    ≤ 0.300 0.150~
    0.300
    ≤ 0.300 ≤ 0.060
    30NiCr-MoV12 新轴 0.306 0.318 0.621 0.006 0.001 0.778 2.935 0.480 0.108 0.092
    旧轴 0.301 0.255 0.608 0.006 0.001 0.815 2.992 0.506 0.095 0.102
    UNI 6787-
    71[8]
    0.260~
    0.320
    ≤ 0.400 0.400~
    0.700
    ≤ 0.020 ≤ 0.020 0.60~
    1.00
    2.700~
    3.300
    0.400~
    0.600
    ≤ 0.200 0.080~
    0.130
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    表  2  强度试验

    Table  2.   Strength test results MPa

    项目EA4T30NiCrMoV12
    外表面半径中心内表面外表面半径中心
    新轴旧轴新轴旧轴新轴旧轴新轴旧轴新轴旧轴
    抗拉强度 725 745 715 750 670 723 965 979 966 967
    屈服强度 586 603 560 590 493 559 881 888 867 865
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    表  3  延伸率与断面收缩率试验

    Table  3.   Test results in elongation and section shrinkage ratio %

    项目EA4T30NiCrMoV12
    外表面半径中心内表面外表面半径中心
    新轴旧轴新轴旧轴新轴旧轴新轴旧轴新轴旧轴
    延伸率 23.2 24.5 22.9 24.9 23.8 25.6 20.1 19.8 19.6 19.7
    断面收缩率 46.2 46.9 44.2 44.5 43.7 45.8 63.0 61.6 60.8 63.3
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    表  4  车轴断裂韧性试验值

    Table  4.   Test fracture toughness values of axle shaft MPa•m1/2

    试样编号EA4T30NiCrMoV12
    新轴旧轴新轴旧轴
    192.488.8125.7114.9
    289.991.2123.1122.6
    390.289.7125.2114.7
    490.292.2128.5119.6
    平均值90.790.5125.6118.0
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    表  5  疲劳裂纹扩展门槛值

    Table  5.   Threshold values of EA4T axle fatigue crack growth MPa•m1/2

    试样编号EA4T30NiCrMoV12
    新轴旧轴新轴旧轴
    1 8.39 8.27 7.07 8.36
    2 8.58 8.55 6.96 8.66
    平均值 8.49 8.41 6.99 8.60
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    表  6  金相组织试验

    Table  6.   Metallographic structure test results

    材质表面下 10 mm表面下 30 mm表面下 60 mm
    EA4T
    30NiCrMoV12
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  • 张永生. 东风4、7型机车车轴使用寿命的探讨[J]. 内燃机车,2002(12): 24-25,19.
    杨广雪,李强,谢基龙,等. 微动对车轴钢疲劳性能的影响[J]. 北京交通大学学报,2012,36(1): 127-131. doi: 10.3969/j.issn.1673-0291.2012.01.025

    YANG Guangxue, LI Qiang, XIE Jilong, et al. Influence of fretting on the fatigue behavior of axle steel[J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2012, 36(1): 127-131. doi: 10.3969/j.issn.1673-0291.2012.01.025
    杨广雪. 高速列车车轴旋转弯曲作用下微动疲劳损伤研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2010.
    伍颖. 断裂与疲劳[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 2008.
    CANTINI S, BERETTA S. Structural reliability assessment of railway axles[M]. Lovere: Lucchini RS, 2011.
    吴毅,赵雷. 中国标准动车组车轴研制与应用[J]. 铁道车辆,2017,55(12): 26-30,56. doi: 10.3969/j.issn.1002-7602.2017.12.007

    WU Yi, ZHAO Lei. Development and application of axles for Chinese standard EMUs[J]. Railway Vehicle, 2017, 55(12): 26-30,56. doi: 10.3969/j.issn.1002-7602.2017.12.007
    European Committee for Standardization. Railway applications—wheelsets and bogies-axles-product requirements: EN 13261: 2009[S]. Brussels: European Committee for Standardization, 2009.
    IT-UNI. Assi fucinati di acciaio speciale legato, bonificati, ad elevate caratteristiche di fatica e di tenacita per sale montate di rotabili ferroviari: UNI 6787-71[S]. Associazione Italiana di Normazione, 1971.
    US-ASTM. Standard test method for atomic emission vacuum spectrometric analysis of carbon and low-alloy steel: E415-08[S]. West Conshohocken: ASTM, 2008
    潘小强. 合金元素Mo、V对耐火钢组织及性能的影响[D]. 重庆: 重庆大学, 2007.
    史建平,刘忠侠,肖乾. 车轮钢的化学成分、微观组织对车轮钢力学性能的影响[J]. 中国铁道科学,2012,33(6): 44-50. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2012.06.08

    SHI Jianping, LIU Zhongxia, QIAN Kun. The effect of chemical composition,microstructure on the mechanical properties of wheel steels[J]. China Railway Science, 2012, 33(6): 44-50. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2012.06.08
    中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 金属材料拉伸试验第1部分: 室温试验方法: GB/T 228.1—2010[S]. 北京: 中国标准出版社, 2011.
    US-ASTM. Standard test methods for notched bar inpact testing of metallic materials: E23-16b[S]. West Conshohocken: ASTM, 2016.
    中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法: GB/T 229—2007[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
    中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 金属材料 疲劳试验 轴向力控制方法: GB/T 3075—2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.
    吴圣川,徐忠伟,康国政,等. 外物损伤对25CrMo4合金车轴钢疲劳性能的影响[J]. 西南交通大学学报,2020,55(3): 658-663.

    WU Shengchuang, XU Zhongwei, KANG Guozheng, et al. Influences of foreign object damage on fatigue strength of 25CrMo4 axle alloy steel[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(3): 658-663.
    中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 金属材料 疲劳试验 数据统计方案与分析方法: GB/T 24176—2009[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010.
    中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方法: GB/T 4337—2015[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.
    US-ASTM. Standard test method for plane-strain fracture toughness of metallic materials: E399-90[S]. West Conshohocken: ASTM, 1990.
    US-ASTM. Standard test method for linear-elastic plane-strain fracture toughness KIC of metallic materials: E399-17[S]. West Conshohocken: ASTM, 2017.
    US-ASTM. Standard test method for measurement of fatigue crack growth rates: E647-15[S]. West Conshohocken: ASTM, 2017.
    中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 金属显微组织检验方法: GB/T 13298—2015[S]. 北京: 中国标准出版社, 2015.
    龚帅,任学冲,马英霞. 热处理对高速车轮钢显微组织和断裂韧性的影响[J]. 材料热处理学报,2015,6(4): 150-155.

    GONG Shuai, REN Xuechong, MA Yingxia. Effect of heat-treatment on microstructure and fracture toughness of high-speed railway wheel steel[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2015, 6(4): 150-155.
    杜松林,汪开忠,胡芳忠. 国内外高速列车车轴技术综述及展望[J]. 中国材料进展,2019,38(7): 641-650.

    DU Songling, WANG Kaizhong, HU Fangzhong. Summary and prospect of high speed train axle technology at home and Abroad[J]. Progress in China's Materials, 2019, 38(7): 641-650.
    冉旭,姜明坤,韩英. 高铁用进EA4钢车轴的组织和力学性能[J]. 机械工程材料,2019,43(8): 41-45,74. doi: 10.11973/jxgccl201908008

    RAN Xu, JIANG Mingkun, HAN Ying. Microstructure and mechanical properties of high-speed rail into EA4T steel axle[J]. Mechanical Engineering Materials, 2019, 43(8): 41-45,74. doi: 10.11973/jxgccl201908008
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-29
  • 修回日期:  2020-04-06
  • 网络出版日期:  2020-09-30
  • 刊出日期:  2020-12-15

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