Page 99 - 《摩擦学学报》2021年第3期

388 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

250 垂向力和切向力共同作用，冲击试验中亚表层区域切
Quenching joint [28-29]
Normalizing joint 应力对冲击磨损的影响大于正应力的影响 . 根据
200 剥层磨损理论，剥层磨损由亚表层的位错引起，随着
Wear volume/10 5 µm 3 150 剪切变形的增加，亚表层产生位错堆积，随后形成裂

[30]
纹并扩展 .
100
图12为正火焊接接头不同区域冲击试验后表面
50 和剖面损伤形貌，可以看出，正火焊接接头母材区磨
痕最轻，表面有少量材料剥落，剖面未发现明显裂纹，
0 这与淬火焊接接头母材区损伤基本一致. 正火焊接接
Base material Weld joint Heat affected zone
头焊缝区表面可见明显的裂纹[图12(c)]，剖面也可观

Fig. 8 Impact wear volumes of different zones of quenched
and normalized rail joints 察到明显的多层裂纹，损伤程度大于淬火焊接接头焊
图 8 淬火与正火焊接接头不同区域冲击磨损体积 缝区，这与正火焊接接头焊缝处的铁素体含量较高有

关，铁素体含量的提升降低了组织硬度，使正火焊接
180 200
Depth 接头焊缝处的抗冲击能力变弱. 正火焊接接头热影响
160 180
Volume
160
140 区试样损伤严重[图12(e)]，表面与剖面出现明显裂纹.
140
120 120 对比淬火焊接接头热影响区，正火接头热影响区冲击
Depth/µm 100 100 Wear volume/10 5 µm 3 损伤略微轻微，这是由正火接头热影响区硬度大于淬
80
80
60 60 火接头热影响区导致. 此外，正火焊接接头热影响区
40 40 的损伤程度略大于正火焊接接头焊缝区[图12(c~f)].
20
[12]
20 前期研究结果 发现：冲击试验初期，钢轨焊接
0
0 接头损伤以黏着磨损为主，此阶段钢轨焊接接头损伤
280 300 320 340 360 380 400 420
形式主要为材料剥落；随着冲击试验循环次数的增
Hardness/HV 0.5

Fig. 9 Relationships of impact crater depth and 加，钢轨焊接接头的损伤进入过渡阶段，其磨损形式
volume and hardness
为黏着磨损和疲劳磨损共同存在，此阶段损伤形式为
图 9 焊接接头硬度与冲击坑深度和体积的关系
材料剥落和疲劳裂纹共存；随着循环次数进一步增
加，钢轨焊接接头进入疲劳损伤阶段，此阶段钢轨焊
接接头损伤形式以疲劳裂纹为主. 结合钢轨焊接接头
Mild damage 损伤行为(图11~12)发现：钢轨焊接接头母材区冲击磨
损以剥落形式为主，处于黏着磨损状态；淬火焊接接
头焊缝和正火焊接接头焊缝所处磨损阶段不同，淬火
焊接接头焊缝主要损伤形式为剥落和裂纹，处于过渡
阶段，正火焊接接头焊缝主要损伤形式为疲劳裂纹，
Slightly severer damage
处于疲劳损伤阶段；而淬火接头热影响区和正火接头
200 μm
热影响区损伤形式均以疲劳裂纹为主，处于疲劳损伤

阶段.
Fig. 10 SEM micrographs of damages of GCr15 ball
图 10 GCr15钢球损伤SEM照片 对比焊接接头不同区域冲击损伤、冲击磨损量与
硬度发现：硬度越高，冲击磨损量越小、损伤越轻微；
材区硬度高，抵抗冲击能力较强. 焊缝区损伤比母材 硬度越低，冲击磨损量越大、损伤越严重. 热处理可以
区严重，表面出现明显裂纹[图11(c)])，同时其剖面有 明显改变钢轨焊接接头的微观组织和硬度，淬火后焊
小块材料剥落现象. 热影响区表面和剖面出现严重剥 缝处的铁素体含量小于正火后焊缝铁素体含量，因而
落损伤和明显的裂纹. 同时发现试样磨痕的中心部位 淬火后焊缝处硬度较正火后高，其冲击磨损与损伤轻
损伤比边缘部位损伤更为轻微[图11(e)]，这是因为冲 微；而正火后热影响区存在片层状珠光体，其硬度略
击过程中中心区域主要受垂向力作用，而边缘区域受 大于淬火后热影响区，其冲击磨损与损伤较为轻微.