高速动车组D2车轮钢的率温耦合变形机理与本构关系

摘要：

针对高速铁路轮轨系统高频冲击、摩擦温升和塑性变形等服役条件与力学性能需求,采用Gleeble-3800试验机和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)研究了宽温度(293～873 K)和宽应变率(0.001～2400 s-1)范围内高速动车组D2车轮钢的单轴压缩力学性能,分析了其应力-应变响应的应变率敏感性和温度依赖性,揭示了率温耦合作用下D2车轮钢的压缩变形机理与微观组织演化规律,构建了可准确表征D2车轮钢塑性流动行为的修正Johnson-Cook模型.结果表明,D2车轮钢的压缩力学响应具有明显的应变率强化效应和温度软化效应,且受加工硬化、应变率效应、热软化效应和绝热温升等因素的耦合影响.准静态加载下,温度升高会促进D2车轮钢显微组织的动态再结晶和渗碳体片层的弯折、碎裂,甚至溶解,增强其热软化效应;而动态加载下,D2车轮钢的塑性变形随着应变率的增大而加剧,但温度对材料微观组织演变的影响较小.高应变率下产生的高位错密度、晶粒细化、渗碳体片层间距减小,以及回溶碳原子产生的弥散强化效应使得D2车轮钢在高温下仍能保持良好的力学强度.考虑温度和应变率耦合影响的修正Johnson-Cook模型能够准确地预测D2车轮钢的塑性流动应力-应变响应.研究结果可为高速列车轮轨系统服役安全设计和评估提供指导与参考.

关键词：D2车轮钢、应变率效应、温度软化、微结构演化、本构关系

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分类号：O347.3;TG113.2;TU391

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;牵引动力国家重点实验室自主课题;牵引动力国家重点实验室自主课题

在线出版日期：2023-01-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：4068-4079