【摘 要】
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近年来,随着中国高速铁路技术的发展,高铁已经对人们的生活和旅行方式产生了巨大的影响。作为高速列车走行部关键部件之一的齿轮箱,其质量和性能直接影响列车运行的安全性和稳定性。研究齿轮箱体材料铸造缺陷及其断裂机理具有重要的研究意义。从材料微观层面,研究了齿轮箱材料的微观组织及其缺陷对静载断裂过程中裂纹萌生及扩展的影响。论文主要研究内容包括:(1)利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析
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近年来,随着中国高速铁路技术的发展,高铁已经对人们的生活和旅行方式产生了巨大的影响。作为高速列车走行部关键部件之一的齿轮箱,其质量和性能直接影响列车运行的安全性和稳定性。研究齿轮箱体材料铸造缺陷及其断裂机理具有重要的研究意义。从材料微观层面,研究了齿轮箱材料的微观组织及其缺陷对静载断裂过程中裂纹萌生及扩展的影响。论文主要研究内容包括:（1）利用X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等研究了高铁齿轮箱材料的微观组织结构,发现其主要由α-Al基体,共晶区第二相颗粒（Si颗粒、富Fe相、Mg2Si等）组成,并伴随有少量的在空气中氧化生成的Al2O3。（2）通过原位拉伸SEM试验,分析了齿轮箱材料在静载过程中的裂纹萌生与扩展情况。孔隙在外加应力的作用下容易产生应力集中,导致孔隙附近共晶区内第二相颗粒断裂萌生微裂纹。随着外加载荷持续增大,不同微裂纹在共晶区发生扩展合并,从而产生宏观裂纹,最终导致断裂失效。通过对试件断口进行SEM观察分析,发现齿轮箱材料拉伸断口形貌以准解理面为主,其拉伸断裂断口主要为穿晶脆性断裂。（3）利用同步辐射X射线断层扫描技术,对不同载荷下的拉伸试件进行数据采集。对重构的切片图、三维渲染图以及统计数据进行观察分析可知,在孔隙周围出现了裂纹的萌生并沿第二相颗粒体积分数大的区域扩展,且随着时间的延长其数量逐渐增多,空间体积增大,最终导致试件断裂失效。（4）在试验基础上确定了ABAQUS有限元模拟中用到的材料参数,利用有限元仿真研究了不同孔隙形状下周围区域的应力分布,及其对材料拉伸过程中发生裂纹萌生扩展的影响。
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