城轨地铁用EA4T车轴韧脆转变温度测定

于文坛 张艳 童乐 高伟

摘  要：根据GB/T 229-2007对EA4T车轴进行了不同溫度情况下的夏比V型缺口冲击试验，通过观察断口宏观形貌，以剪切断面率和冲击吸收功确定了EA4T车轴的韧脆转变温度。试验证明：EA4T车轴经“正火+淬火+回火”热处理后韧脆转变温度为-60℃。

关键词：城轨地铁;EA4T;韧脆转变温度;车轴

中图分类号：U216.65       文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）26-0107-04

Abstract： The Charpy V-notch impact test of EA4T axles under different temperatures was carried out according to GB/T 229-2007. The ductile-brittle transition temperature of the EA4T axle was determined by observing the macroscopic morphology of the fracture and the shear section rate and impact absorption work. The test proves that the ductile-brittle transition temperature of the EA4T axle after heat treatment of "normalizing + quenching + tempering" is -60°C.

Keywords： urban rail metro; EA4T; ductile-brittle transition temperature; axle

1 概述

随着国内外城市建设的不断发展，城市轨道交通以及地铁得到了不断的兴建，铁路列车关键部件之一的车轴是铁路列车重要的走行部件，其质量直接关系到铁路运行安全。EA4T车轴是欧洲标准（EN13261）规定的高速铁路用合金车轴，经过适当的热处理后可获得优良的强韧性，在欧洲已得到广泛的应用，国内也引进并应用到了城市轨道以及地铁的转向架上。我国幅员辽阔，温差较大，对列车在极端气候条件下能否安全运行提出了严峻考验[1]，因此对车轴的韧脆转变温度提出了更高的要求。

本文根据GB/T 229-2007对EA4T车轴进行了不同温度的夏比V型缺口冲击试验，通过观察断口宏观形貌，以剪切断面率和冲击吸收功确定了EA4T车轴的韧脆转变温度。

2 材料与试样

城轨地铁用EA4T车轴化学成分见表1，采用“正火+淬火+回火”热处理后，根据EN 13261标准，在轮座1/2半径处或与轮座等直径延长体的1/2半径处取纵向KV2进行系列冲击试样，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，试样形状尺寸公差均满足GB/T 299《金属夏比缺口冲击试验方法》的要求。金相组织为回火索氏体+少量贝氏体，奥氏体晶粒度为8.5级，见图1，其试样力学性能见表2。

3 试验方法

韧脆转变温度通常采用标准夏比V型缺口冲击试样来测定，为了测定EA4T车轴韧脆转变温度，需要精确控制试验温度及保温时间，根据GB/T 299-2007标准要求，试验过程中试样在液体介质中的保温时间应不小于20分钟，温度测量的公差范围应不超过±1℃，试样从低温装置中移除至打断的时间不大于5s[2]。

本试验采用ZBC2452-2型高低温数显冲击试验机进行系列冲击试验，以液氮为冷却介质，试样采用20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃、-80℃，共6个温度，每个试验温度做3个冲击试样，KV2冲击功取3个有效试验数据的最小值和平均值。采用SEM扫面电镜进行断口分析，测定断口解理断裂部分，如图2所示，即“闪亮”部分的长度和宽度，根据GB/T 299-2007附录C中表C.1进行剪切断面率计算，然后根据附录C、D中“试样冲击缺口剪切断面率为50%所对应的温度为韧脆转变温度”确定车轴韧脆转变温度。

4 试验结果及分析

对应不同试验温度，V型缺口试样的KV2冲击功值、剪切断面率和试验温度的关系见图3～图6，三个试样的冲击功、剪切断面率值及断口形貌见表3。不同温度对应的缺口冲击试样断口照片及剪切断面率见图7所示。由表3可见，当试验温度为20℃、0℃、-20℃时，断口形貌为剪切断口，剪切断面率为100%，见图7（1）～（3）。当试验温度为-40℃时，断口形貌为“剪切+解理”，剪切断面率为69%，见图7（4），当试验温度为-60℃时，冲击韧性虽然仍为123J（最小值121J），但根据计算，其剪切断面率为51%（最小值50%），即将进入脆性转变区间，见图7（5）。当试验温度下降到-80℃时，其断口形貌为“解理+剪切”，其剪切断面率为24%（最小为22%），见图7（6）。试验结果标明：国产EA4T车轴在低于-60℃时，冲击功随着试验温度的降低而急剧的下降，由韧性断裂转为脆性断裂，故根据剪切断面率面积计算，车轴韧脆转变温度为-60℃。

5 结论

（1）随着冲击温度的降低，试样由韧性断裂逐渐转变为脆性断裂，在低于-60℃时，样品冲击断口剪切面积减少，解理面积增大，经过计算，-60℃时最小断口剪切面积为50%。

（2）由上述试验分析可知，城轨地铁用EA4T车轴采用“正火+淬火+回火”热处理后韧脆转变温度为-60℃，说明该车轴具有优良的低温韧性。

参考文献：

[1]邹静，雷旻，等.国产高速重载列车车轴用钢EA4T的冷脆转变温度测定[J].现代机械，2011（2）：79-80.

[2]GB/T229-2007.金属材料夏比摆锤冲击试验方法[S].2007.