【摘 要】
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齿轮箱作为高速列车动力系统的关键部件,是高速列车服役过程中能量传递的核心部件之一,其服役过程中的稳定性以及可靠性直接影响列车的运行安全。高速列车运行过程中可能跨越高温、高寒、高湿等复杂的多气候区域,同时齿轮箱体在列车服役过程中还受到电机扭矩以及轮轨激扰力的复杂外力作用,使得箱体发生开裂、漏油等事故,影响列车的运行效率和行车安全。所以,对于高速列车齿轮箱体材料的研究具有重要的理论价值和实际意义。本文
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齿轮箱作为高速列车动力系统的关键部件,是高速列车服役过程中能量传递的核心部件之一,其服役过程中的稳定性以及可靠性直接影响列车的运行安全。高速列车运行过程中可能跨越高温、高寒、高湿等复杂的多气候区域,同时齿轮箱体在列车服役过程中还受到电机扭矩以及轮轨激扰力的复杂外力作用,使得箱体发生开裂、漏油等事故,影响列车的运行效率和行车安全。所以,对于高速列车齿轮箱体材料的研究具有重要的理论价值和实际意义。本文分析了国内某型380公里级高速列车齿轮箱体在3.5 wt.%Na Cl溶液中的腐蚀行为,详细探讨了其在不同温度条件下的耐腐蚀性能,腐蚀对箱体材料力学性能的影响。主要研究内容包括:(1)利用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)对比分析高速列车运行0公里及3000公里的齿轮油成分含量变化。利用SU8010场发射扫描电子显微镜(SEM)结合能量色散X射线光谱仪(EDS)对服役0公里和120万公里的齿轮箱内壁进行显微组织检测。结果表明:服役过程中齿轮油各杂质元素含量均有不同幅度增加。其中,检测到运行3000公里的齿轮油中Cl-的含量较新油增加了四倍左右,含水量也有所增加。观察到服役120万公里的齿轮箱内壁表面存在被腐蚀区域,服役0公里齿轮箱内壁表面平整完好。(2)采用称重法对齿轮箱体试样在3.5 wt.%Na Cl溶液中的腐蚀动力学进行分析。结果表明:置于80℃环境下腐蚀的齿轮箱块状试样较室温下腐蚀速率更快。随腐蚀时间的进行,腐蚀速率不断下降。前12 h腐蚀速率最快且试样表面腐蚀坑面积扩展最快。由腐蚀试样的横截面腐蚀形貌观察到试样的腐蚀路径,大体沿着Si颗粒聚集处发生且向试样纵深扩展。(3)利用CHI660E电化学工作站对齿轮箱体试样进行电化学实验,对试样表面点蚀坑的形成机理进行详细分析。分别测试室温以及加热情况下试样的Tafel曲线、循环极化曲线以及阻抗谱曲线。测试结果表明:试样开始接触腐蚀液时腐蚀较剧烈,室温下齿轮箱试样腐蚀速率更低,80℃试样表面腐蚀更严重,相较于室温耐蚀性更差。随腐蚀时间进行,蚀坑内离子浓度升高,氧溶解量减少,试样表面覆盖一层腐蚀产物,阻碍了蚀坑的钝化过程,使得点蚀坑内一直处于活化状态。(4)利用Instron 8801试验机测试齿轮箱试样的力学性能。对试样进行静态拉伸实验,分析在3.5 wt.%Na Cl溶液浸泡后对齿轮箱体试样力学性能的影响,并对失效后的断口进行微区形貌观察。结果表明:腐蚀试样较未腐蚀试样力学性能大幅度下降,断口形貌观察到试样明显的脆性断裂特征,断口边缘有Al基体被腐蚀的痕迹,镶嵌在铝基体上的第二相颗粒松动直至脱落,进而造成箱体材料的耐蚀性以及强度大幅度降低,最终造成齿轮箱体的力学性能大幅下降。
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