Page 41 - 《摩擦学学报》2020年第3期

第 3 期 刘颍宾, 等: 列车车轮滚动接触疲劳裂纹评价研究 307

FOR CLASS D WHEEL TEST ALLOTMENT》 第 观察试样表面的损伤形貌，用Olympus OLS4000激光
3.1.6.2款的要求，进行滚动接触疲劳试验，试验条件列 共聚焦3D显微镜观察滚动接触疲劳样品表层组织的

于表3中. 变形，用FEI Tecnai F20透射电镜观察滚动接触疲劳样
本次试验接触应力为1 400 MPa，试验车轮转速 品表层微观结构的变化，用LECO AMH43全自动显微
设定为1 000 r/min，滑差率设定为0.3%. 实际服役车轮 硬度计测量试样近表层显微硬度的变化规律.
服役工况非常复杂，受环境气候因素影响，既存在润
2 结果及分析
滑工况(如大雾清晨或雨雪天)，也存在非润滑工况(如
晴天中午)，由于滚动接触疲劳试验过程中样品转速 2.1 滚动接触疲劳宏观损伤分析
通常较大，为了减少摩擦磨损和摩擦生热，使实验室 标准滚动接触疲劳试验样品滚动接触疲劳试验
模拟试验更真实反映实际工况的滚动接触特征，通常 后，表面损伤形貌包括剥离坑、裂纹和压痕，如图2所
采用油或水润滑. 本次接触疲劳试验在水润滑条件下 示. 试样接触表面共有3处肉眼可见的剥离坑，面积分
2
进行，试验过程中使用振动传感器实时监测试验机的 别为12.36、3.91和3.12 mm . 实际服役车轮踏面的滚
振动，样品表面发生剥离将导致试验机振动，当振动 动接触疲劳裂纹特征如图3所示. 由图3可知，实际服
传感器监测到的振动幅值超过预设值时，试验机自动 役车轮滚动接触疲劳裂纹和实验室标准样品滚动接

停机，此时的循环次数即为车轮的滚动接触疲劳寿命. 触疲劳裂纹外观相似，均具有明显指向性. 标准滚动
试验结束后，用火线切割机切取小块试样，用 接触疲劳样品表面裂纹指向滚动方向，而实际服役车

VHX-1000E体视显微镜和SUPRA35扫描电子显微镜 轮裂纹指向垂直于滚动方向，这是由车轮所受外力方

表 3 滚动接触疲劳试验条件
Table 3 Rolling contact fatigue test condition

Contact stress/MPa Slip/% Speed/(r/min) Experimental environment Accompanying material
1 400 0.3 1 000 Water lubrication U71MnG

(a) (b)

500 μm 500 μm

(c) (d)

Triangular directional crack
Indentation
200 μm 500 μm

Fig. 2 Surface morphology of the damaged standard rolling contact fatigue sample
图 2 标准滚动接触疲劳试样表面损伤形貌