Page 126 - 《摩擦学学报》2020年第3期

392 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

表 2 不同强度磨石打磨后钢轨表面Fe 2P XPS谱图峰位及峰面积百分数
Table 2 The peak position of Fe2p XPS spectra and corresponding area ratio of ground rail surface by different GSs

Peak Position (P.P, ±0.5 eV) and area ratio (AR/%)
3+ 2+ 3+ 2+
Samples Fe 2p 1/2 Fe 2p 1/2 Satellite Fe 2p 3/2 Fe 2p 3/2
P.P A.R B.E A.R B.E A.R% B.E A.R B.E A.R
RGS-10 726.1 12.04 723.4 16.98 718.2 15.12 711.9 30.86 709.9 25.00
RGS-12.5 726.2 9.33 723.7 20.52 718.0 11.94 712.4 20.90 710.1 37.31
RGS-15 726.0 5.68 723.7 23.58 718.2 9.61 712.3 17.47 710.4 43.66

着磨石强度的提高，磨石的磨削机制逐渐从切削转变 变形层和基体层. 表面致密的晶粒细化层已经观察不
为耕犁，磨削产热减少，磨削温度下降，在较低的磨削 到珠光体的片层结构，晶粒极度细化. RGS-10、RGS-12.5
温度下钢轨表面材料氧化缓慢形成Fe ；而在较大的 和RGS-15的该层厚度依次约为9、13 和14 μm. 相关研
2+
磨削热导致的较高磨削温度作用下，钢轨材料氧化反 究表明，在打磨载荷、磨削热协同作用下，导致钢轨表
3+
应剧烈，形成的氧化产物中化学性质更稳定的Fe 含 层材料晶粒被拉长、破碎形成晶粒极度细化的纳米晶
量升高，钢轨表面出现蓝色烧伤. 以上结果表明，在磨 铁素体、纳米晶马氏体相以及极少数的颗粒渗碳体，
削热的作用下钢轨表面发生了氧化，氧化产物组分的 并称之为白层(White etching layer, WEL) [9,15,20-21] . 在塑
不同使得打磨后钢轨呈现不同的颜色. 对磨石强度的 性变形层中可以明显观察到珠光体片层组织沿打磨
合理选择，可以有效避免对钢轨造成的蓝色烧伤，提 方 向 形 成 塑 性 流 线 ， RGS-10、 RGS-12.5和 RGS-15
高钢轨表面质量. 中该层的厚度分别约为21、32 和47 μm. 塑性变形层以
2.4 钢轨剖面分析 下为珠光体基体层. 钢轨剖面结果表明，打磨后钢轨
钢轨打磨过程中，磨石与钢轨的相互作用会导致 表面晶粒细化层、塑性变形层厚度均随着磨石强度的
钢轨表面产生塑性变形和结构转变，从而直接影响打 增大而增大. 这是由于较低强度的磨石(如GS-10和
[19]
磨后钢轨的服役行为 . 为了探索不同强度磨石对打 GS-12.5)自锐性好，磨削能力强，主要磨削机制为切
磨后钢轨表面晶体结构的影响，沿着打磨方向利用线 削，晶粒细化层和塑性变形层在形成的同时又被实时
切割将钢轨试样剖开并制备金相样品，采用光学显微 去除，因而厚度较小；然而，对于强度较大的磨石(如
镜和扫描电子显微镜对剖面进行观察. 图7表明，打磨 GS-15)，主要磨削机制为耕犁，耕犁作用使钢轨表面
后钢轨剖面由表及里依次分为3层：晶粒细化层、塑性 产生严重的塑性变形，同时由于磨石的磨削能力较

Grinding direction
30 μm
45 μm

61 μm
Plastic deformation

50 μm 50 μm 50 μm

9 μm
13 μm
14 μm

Martensite

10 μm 10 μm 10 μm

(a) RGS-10 (b) RGS-12.5 (c) RGS-15

Fig. 7 The cross sectioned rail samples ground by different GSs
图 7 不同磨石打磨后钢轨剖面