第十三届全国青年表面工程学术会议

139 / 2021-04-04 10:42:53

离子渗氮、激光淬火和激光熔覆对DZ2车轴钢微动损伤行为的影响

DZ2车轴；花键配合；微动磨损；表面处理；强韧性设计

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摘要：高速列车车轴是高速铁路车辆的关键零部件之一，DZ2车轴钢作为变轨距车轴用钢，不仅传递扭矩，承受列车垂向及横纵向动载，同时通过轮轴内外花键相对滑动实现列车轨距可变，如图1所示。当列车完成变轨且高速运行时，花键齿面发生微动磨损，引起表面损伤，影响轨距可变高速列车服役可靠性和安全性。本研究旨在提出变轨距花键表面强化的强韧性设计方法，选择离子渗氮、激光淬火、激光熔覆三种典型表面处理工艺，制备了三种处理硬度材料，并开展了配副材料柱/柱接触微动磨损试验研究。采用X射线衍射仪（XRD），扫描电子显微镜（SEM）、超级电子探针（EPMA）、X射线光电子能谱仪（XPS）、白光干涉三维形貌仪等宏/微观表征手段分析了DZ2车轴钢处理后的物理力学性能，对比了不用微动运行区域的损伤行为和磨损机理。结果表明：DZ2车轴材料经离子渗氮表面形成厚度6 μm的化合物层，主要组成相结构为γ′(Fe4N)相，表面硬度达648 HV_0.3，渗层深度为0.9–1.0 mm；经激光淬火形成表面硬度达550 HV_0.3，渗层深度为0.5–0.6 mm的硬化层；经激光熔覆形成表面硬度达450 HV_0.3，渗层深度为0.8–0.9 mm的硬化层，如图2所示。

微动磨损结果表明：表面强化处理工艺改变了微动运行工况区域。相较基体而言，强化处理工艺试样的微动运行混合区减少，部分滑移区和滑移区均想混合区移动，如图3所示。在相同试验材料下，基体的磨损量最高，激光熔覆的磨损量最少，激光淬火和激光熔覆的磨损量相当，磨损机理主要为剥层及氧化磨损。