轮轨硬度匹配对重载贝氏体车轮钢磨损性能的影响

作     者：赵海 徐海峰 周霆伟 袁航 徐震霖 何宜柱 

作者机构：安徽工业大学材料科学与工程学院 马鞍山钢铁股份有限公司 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：安徽省科技重大专项资助项目( 202003a05020038) 中国工程院重大咨询项目(No. ZGZ201812-03) 

主　　题：硬度比 贝氏体车轮 珠光体钢轨 轮轨匹配 磨损行为 滚动接触疲劳 

摘      要：目的 探究贝氏体车轮材料与不同钢轨材料的硬度匹配行为，为贝氏体车轮服役的安全性和可靠性提供理论参考。方法 将贝氏体车轮与三种轨道进行匹配，结合磨损率、表面磨损形貌以及表面硬化程度等，综合评价三种钢轨/车轮硬度比（Hr/Hw）下轮轨材料的耐磨性及损伤行为。结果 随着匹配的轨道钢硬度增加，贝氏体车轮钢磨损率从0.188mg/m逐渐升高至0.217mg/m，增加了15.2%；而轨道钢的磨损率呈现下降趋势，从0.104mg/m降低至0.042mg/m，下降了59.3%。车轮钢和轨道钢的磨损机理均以粘着磨损和疲劳磨损为主。随着轨道钢硬度增加，车轮材料分层明显，损伤越来越严重，塑性变形层厚度和表面硬化程度呈上升趋势，表面疲劳裂纹的平均长度和深度依次降低，但平均扩展角度越来越高；轨道材料的分层和微裂纹减少，损伤减轻，且塑性变形层厚度和表面硬化程度呈下降趋势，表面疲劳裂纹长度减少，而扩展深度和角度均增加。当接触斑能量耗散值越高，贝氏体车轮受轮轨硬度比的影响越明显；当Hr/Hw低于1时，钢轨磨损随Tγ/A增加越来越严重。结论随着匹配的轨道硬度增加，车轮与轨道的磨损程度呈相反趋势，前者加剧，后者减轻。此外，与同种轨道匹配时，相比典型珠光体车轮钢（CL65），贝氏体车轮钢具有更加优异的耐磨性和抗疲劳损伤能力。