Page 26 - 《摩擦学学报》2020年第5期

第 5 期 蒋文娟, 等: U71Mn钢轨气压焊焊接接头滚动磨损与损伤性能研究 581

表 1 轮轨材料化学成分(w) 因此焊缝的硬度高于母材硬度. 大概在焊缝中心两侧
Table 1 Chemical compositions of wheel/rail materials 30 mm的区域硬度远小于母材的硬度，大致为母材的
(w)
80%，本文中将这个区域称为软化区. 软化区组织[见
Materials C Si Mn P S
图4(c)]为层片状和颗粒状珠光体，粒状珠光体比片状
CL60 wheel 0.55~0.65 0.17~0.37 0.50~0.80 0.035 0.040
U71Mn rail 0.71~0.80 0.50~0.80 0.70~1.05 ≤0.030 ≤0.030 珠光体的硬度稍低，而且此区域材料珠光体层片长
度、厚度与层间距都不均匀，渗碳体颗粒大小也非常
不均匀，因此力学性能比母材差. 由于钢轨气压焊焊
320
接接头各区域性能的不均匀性，按照3个位置分别取
Hardness, HV 0.1 280 2 结果与讨论
样，如图5所示.

240
2.1 滚动磨损行为
SZ SZ
200 PM WB PM 图6是母材、焊缝及软化区3个区域的试样分别在
3个循环次数下的磨损量，随着循环次数的增多，磨损
−80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80
Distance from interface area/mm 量增大. 对比发现，软化区在3个循环次数下的磨损量
5
远大于母材和焊缝的磨损量. 焊缝的磨损量在1×10 和
Fig. 2 Longitudinal hardness distribution of the welded joint
5
5
图 2 接头硬度的纵向分布 2×10 循环时最小，但是在3×10 循环时，磨损量明显增
大，超过了母材，但还是远小于软化区的磨损量. 表明
混有少量的细颗粒状珠光体，层片间距最大为0.716 μm， 软化区的磨损更严重，其抗磨损性能较差. 这与试样
最小为0.293 μm，珠光体晶粒小于母材，边界处可见 的硬度(图7中3个区域试样的初始硬度)相关，硬度越
铁素体组织. 由于焊缝晶粒和片层间距都比母材小， 大，磨损量越小.

Ferrite
Ferrite
Ferrite

Ferrite
50 μm 50 μm 50 μm

(a) PM (b) WB (c) SZ
Fig. 3 OM photograph of welded joint Microstructures
图 3 接头组织的OM

Ferrite
8.59 μm

26.8 μm
Granular carbides
Granular carbides
16.7 μm

5 μm 5 μm 5 μm

(a) PM (b) WB (c) SZ
Fig. 4 SEM photograph of welded joint Microstructures
图 4 接头组织的SEM