论文部分内容阅读
随着高速列车“高速化”、“重载化”趋势的不断发展,对列车制动盘提出了更加苛刻的要求。由于高速列车制动盘结构复杂,芯部要求高强韧性而表面要求高耐磨和抗热疲劳性能。传统制造工艺加工周期长、成本高、加工难度大;近年来激光快速成形金属零件已经在航空等领域获得成功应用。金属零件的近净成形新型材料制造方法可以弥补传统高铁刹车盘制造工艺的不足。由于激光快速成形技术具有合金成分可调,易于制造复杂形状和难加工金属零件的特点,因此本文采用激光快速成形技术制备CrNiMoTi低合金钢高铁制动盘材料并对其显微组织和性能演变进行研究。使用FL-Dlight02-3000W型半导体激光器和JK1002型单模连续掺镱光纤激光器制备块体24CrNiMoTi材料,对其中部分样品进行了后热处理。采用铺粉法进行了24CrNiMoRE低合金钢样品激光选区熔化制备及热等静压后处理的初步研究。使用OM,SEM,TEM,XRD对样品进行显微组织表征,研究了激光快速成形工艺参数以及后处理工艺对其显微组织的影响规律;通过显微硬度计、万能材料试验机、摩擦磨损试验机等对样品的力学性能和磨损性能进行了分析。采用半导体激光器进行激光快速成形获得的优化工艺参数为:激光功率2200W,扫描速度5mm/s,正离焦量4mm,送粉率9.02g/min,搭接率30%;采用光纤激光器进行激光快速成形获得的优化工艺参数为:激光功率300W,扫描速度5mm/s,正离焦量为5mm,送粉率4g/min,搭接率40%;并在此优化参数条件下成功制备出块体24CrNiMoTi低合金钢样品。实验结果表明:激光快速成形的24CrNiMoTi低合金钢样品无气孔、裂纹等明显缺陷,致密度（相对于CRH2动车组用锻钢制动盘材料）在97.1～99.4%之间。样品顶部组织主要为马氏体和下贝氏体,中部为铁素体和贝氏体,底部主要为回火马氏体和贝氏体,有颗粒状、针状、纤维状碳化物弥散分布,还存在球形或椭球形的亚微米级尺寸TiC。采用半导体激光器快速成形样品的平均硬度值达到350HV,获得的屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为590MPa,700MPa和13.2%。光纤激光器沉积成形样品的平均硬度值达到420HV,获得的屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为610MPa,1230MPa和10.9%。采用光纤激光器快速成形的样品经后热处理（880℃×10min/油淬+250℃×10min/空冷）,样品的屈服强度达到1270MPa,抗拉强度达到1555MPa,延伸率为8.7%;其拉伸性能达到高速列车制动盘技术指标,拉伸强度超过锻件水平。对于激光快速成形24CrNiMoTi沉积态样品,采用光纤激光器制备的样品体积磨损量（1.62×10-4mm3/N·m）是采用半导体激光器制备的样品体积磨损量（3.16× 10 4mm3/N·m）的51%;对于光纤激光器激光快速成形+后热处理样品,采用后处理工艺为油冷+250℃回火的样品的体积磨损量（1.17×10-4mm3/N·m）是沉积态样品体积磨损量（1.62×10-4 mm3/N·m）的72%;200℃等温淬火样品的磨损性能最好,体积磨损量（0.55 ×10-4mm3/N·m）是沉积态样品的34%。