Page 33 - 《摩擦学学报》2021年第6期

818 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

100 叉打磨钢轨试样滚动磨损表面粗糙度均低于单向打
90 磨钢轨，约为0.73~0.93 μm，其中−20°/90°交叉磨痕钢
Average crack depth/μm 70 轨磨损表面粗糙度大于−45°/70°和45°/70°磨痕钢轨，
80
60
主要是因为−20°/90°交叉磨痕中−20°磨痕部分会导致
50
较大的表面损伤.
40

30
20
图10给出了单向打磨和交叉打磨钢轨试样滚动
10 2.2.2 剖面损伤
0 试验后剖面裂纹损伤的OM照片. −45°单向磨痕试样
1 μm 4 μm 7 μm
Surface roughness 疲劳裂纹已向基体内部扩展[见图10(a)]，−20°单向磨

Fig. 8 Average depth of fatigue cracks after rolling tests on 痕试样已形成网状裂纹[见图10(b)]. 交叉打磨钢轨比
rail rollers with different roughness grinding marks 单向打磨钢轨滚动接触疲劳损伤轻微[见图10(c~e)]，
图 8 不同打磨磨痕粗糙度的钢轨试样滚动试验后疲劳裂 交叉打磨磨痕钢轨滚动接触疲劳裂纹为单层裂纹，且
纹平均深度
仅在钢轨表层扩展. 此外，−20°/90°交叉磨痕钢轨剖面
裂纹密度大于−45°/70°和45°/70°交叉磨痕钢轨.
1.8
综上所述，水态工况下交叉打磨钢轨滚动接触疲
1.5 劳损伤较单向打磨钢轨轻微，这与打磨钢轨表面的水
Surface roughness/μm 0.9 量和流动有关. 图11给出了水介质在单向磨痕和交叉
1.2

磨痕钢轨表面流动示意图，可以看出，交叉打磨磨痕
0.6
的水介质可以对钢轨起到保护作用. 此外，在轮轨滚
0.3 的微凸体和微凹坑更密集，其“蓄水”能力更强，较多
动过程中，相比单向磨痕，交叉磨痕可以提供更多的
0
−45° −20° −45°/75° −20°/90° 45°/90° 水介质流动路径，因此水介质所受压力减小，对钢轨
Direction of grinding mark
表面微凸体和微裂纹的冲击减弱，对疲劳裂纹的促进

Fig. 9 Surface roughness after rolling tests on rail rollers with
作用减缓. 因此，交叉打磨磨痕可以提高钢轨在后续
single and cross direction grinding marks
图 9 单向和交叉磨痕钢轨试样滚动磨损后的表面粗糙度 服役过程中的抗滚动接触疲劳损伤能力.

Develop in depth
200 μm 200 μm
Netted cracks
(a) −45° grinding mark (b) −20° grinding mark

Micro crack
Micro crack More micro cracks

200 μm 200 μm 200 μm
(c) −45°/70° cross grinding mark (d) −20°/90° cross grinding mark (e) 45°/70° cross grinding mark

Fig. 10 OM micrographs of cross sections after rolling tests of rail rollers with single and cross direction grinding marks
图 10 单向与交叉磨痕钢轨试样滚动试验后剖面OM照片