近些年，随着列车速度和轴重的逐渐增加，列车的接触疲劳和磨损越来越严重。车轮表面严重磨损和接触疲劳不仅会造成经济损失，也会增加交通事故的风险。列车在运行过程中，车轮表面微观组织改变是造成车轮表面磨损和疲劳裂纹形成的主要原因。因此，研究车轮表面微观组织演变对提高车轮寿命有重大意义。关于轮轨材料表面白层的形成机理研究是比较系统的。高硬度白层会提高磨损性能，但是由于白层的硬脆性能，其易发生剥落加速磨损失效。在滑动磨损过程中，载荷改变不仅会改变轮轨试样表面的剪切应力，也会改变车轮材料白层的形成。但是关于滑动磨损过程中，载荷对车轮材料表面白层的形成以及磨损性能影响的研究较少。本文利用MRH-30滑动摩擦磨损试验机探究载荷对D2/U71Mn轮轨材料微观组织和滑动磨损性能的影响。通过光镜、扫描电镜、透射电镜等设备，系统分析不同载荷条件下D2车轮钢表层微观组织变化及其与磨损机制的关系。
车轮试样和钢轨试样原始微观组织
不同载荷条件下D2车轮钢和U71Mn钢轨磨损量的变化曲线
不同载荷条件下经过不同时间滑动磨损后D2车轮试样的低倍SEM微观组织
200 N载荷条件下经过30 min磨损后车轮试样白层
本文利用MRH-30滑动摩擦磨损试验机探究了载荷对D2/U71Mn轮轨材料微观组织和滑动磨损性能的影响。通过光镜、扫描电镜和透射电镜等设备，系统了分析不同载荷条件下D2车轮钢表层微观组织的变化，以及其与磨损机制的关系，得出如下主要结论：
1）在不同载荷条件下，随着磨损时间的增加，轮轨试样的磨损量逐渐增加。经过一段磨损时间后，高载荷条件下，车轮试样的磨损量大于低载荷条件下车轮试样的磨损量，但高载荷条件下钢轨试样的磨损量低于低载荷条件下钢轨试样的磨损量。
2）车轮试样表面主要形成长条状和月牙状白层。在白层内，片状渗碳体发生明显溶解和铁素体晶粒显著细化。在高载荷条件下，车轮试样表面更易形成不连续月牙状白层。由于轮轨试样表面存在微凸体，高载荷会加速车轮试样表面局部微凸体发生严重塑性变形，导致月牙状白层的形成。
3）白层对车轮的磨损性能有显著影响。滑动磨损过程中，在高载荷条件下，月牙状白层和周边微观组织界面易形成裂纹，裂纹沿两者界面扩展，导致不连续月牙状白层发生剥落，加速车轮试样磨损。车轮试样表面长条状白层相比月牙状白层不容易发生剥落，提高了车轮试样耐磨性，但加速了钢轨试样的磨损。
刘春鹏, 张关震, 李传维, 等. 载荷对 D2 车轮钢滑动磨损表层微观组织和性能影响[J]. 表面技术, 2024, 53(11): 150-159.
LIU Chunpeng, ZHANG Guanzhen, LI Chuanwei, et al. Effect of Load on Surface Microstructure and Property of D2 Wheel Steel under Sliding Wear[J]. Surface Technology, 2024, 53(11): 150-159.
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审核|汪 潇
编辑|邓李旸
