载荷对D2车轮钢滑动磨损表层微观组织和性能影响

作     者：刘春鹏 张关震 李传维 顾剑锋 索忠源 任瑞铭 LIU Chunpeng;ZHANG Guanzhen;LI Chuanwei;GU Jianfeng;SUO Zhongyuan;REN Ruiming

作者机构：吉林化工学院机电工程学院吉林吉林132022 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所北京100081 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 大连交通大学材料科学与工程学院辽宁大连116028 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第11期

页      面：150-159页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家重点基础研究发展规划项目(2015CB654802) 国铁集团科研课题(K2021J007) 

主　　题：轮轨关系 D2/U71Mn轮轨材料 滑动磨损 白层 磨损机制 

摘      要：目的研究滑动磨损条件下,载荷变化对D2车轮钢表层微观组织和磨损性能的影响。方法利用MRH-30(环块)滑动摩擦磨损试验机进行滑动磨损试验。使用金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和场发射透射电镜(TEM)等设备,分析滑动磨损后表层微观组织、表面磨损形貌和硬度变化。结果不同载荷条件下,随着磨损时间的增加,轮轨试样磨损量逐渐增加。200 N载荷条件下,(环状)车轮试样的磨损量大于100 N车轮试样磨损量,但200 N钢轨(块状)试样的磨损量却低于100 N钢轨试样。滑动磨损后,在不同载荷条件下,车轮试样表面主要形成长条状白层和不连续的月牙状白层。在200 N载荷条件下,由于车轮试样的磨损量较高,其白层厚度和表面白层硬度都小于100 N载荷条件下的车轮试样。在200 N载荷条件下,车轮试样表面更易形成不连续的月牙状白层。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。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。结论车轮表面白层对磨损性能有明显影响。滑动磨损过程中,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,裂纹会逐渐沿着界面向内部扩展,导致不连续月牙状白层发生剥落,降低车轮试样表面的硬度,加速车轮试样磨损。另一方面,高载荷会加速无白层区域塑性变形,导致其形成棘轮失效,从而加速磨损。