Page 161 - 《摩擦学学报》2021年第5期
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随着经济的快速发展，货运量日益增加，重载列 所示. 试验中所选取载荷分别为1 050、1 150和1 250 MPa，
车的车轮在运行过程中的摩擦磨损问题也一直备受 转速为506 r/min. 主试样为新型无碳化物贝氏体车轮
关注. 由于无碳化物贝氏体钢具有良好的综合性能， 钢，牌号为FCB，试样状态为淬火后低温回火，原始组
因此已被广泛认为是铁路轮轨的潜在替代材料 [1-6] . 织为贝氏体铁素体(BF)、残余奥氏体(RA)以及马氏体-
Moghaddam和Zhu等 [7-8] 发现块状残余奥氏体是力学性 奥氏体(M-A). BF呈板条状，由相图[图2(d)]可以观察
能的影响因素，在无碳化贝氏体钢中的块状残余奥氏 到块状RA分布在BF板条间，而角形岛状组织为M/A.
体即使在室温下也显示出不稳定性. Lucas和Gerberich [9] 为减少试样运行过程中产生的磨屑和热量对试
发现，贝氏体钢在疲劳、应变过程中铁素体晶界和M- 验产生的影响，采用风冷的方式对滚动接触表面进行
A的应变硬化会降低裂纹扩展率. 文献[10-11]表明，与 冷却. FM-700型显微硬度计用来测量磨损后试样表面
其他贝氏体钢相比，无碳化物贝氏体的磨损率更低， 和截面的显微硬度变化，测量载荷为0.245 N，加载时
残余奥氏体是提高耐磨性和抵抗裂纹扩展的重要因 间为15 s. 使用AX524ZH/E型精密电子天平(精度为
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素. Sankaran等 、Hilditcha等 和Zhou等 对无碳化 0.001 g)称量试样运行前后的重量从而获取磨损量，
物贝氏体进行循环变形研究发现，贝氏体中亚结构、 称重前使用石油醚和酒精对试样进行清洗以清除试
残余奥氏体的演变及其周围的应变之间具有紧密的 样在磨损过程中产生的铁屑，使测量更为准确. 采用
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联系. Hasan等 研究发现不含碳化物的贝氏体钢轨 SUPRA55场发射扫描电镜观察试样纵截面微观组织
钢在滚动/滑动条件下具有较好的耐磨性. 演变，并利用EBSD系统和HKL Channel 5软件包对距
现在关于无碳化物贝氏体车轮钢主要集中在对 样品磨损表面不同距离的贝氏体铁素体和残余奥氏
组织、成分的设计和常规力学性能的研究，以及无碳 体以及贝氏体铁素体的平均晶粒尺寸进行表征与统
化物贝氏体钢轨的焊接性能和冲击韧性. 但对于不同 计，选取步长为45 nm. 试验中采用以下EBSD图谱对
接触应力对无碳化物贝氏体车轮钢磨损过程中组织 组织进行表征：(1) 反极图(IPF map)表征晶粒结构变
演变的研究很少，而且重载列车车轮主要失效形式为 化，各晶粒不同颜色代表不同晶粒取向，相近颜色代
过度磨损. 因此本文作者通过对不同接触应力条件下 表取向相近；(2) 晶粒取向图表征各晶粒取向分布，图
磨损过程中无碳化物贝氏体车轮钢的表层组织演变 中红线代表小角度晶界(LAGBs)：2~10°，蓝线代表大
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与性能的关系进行深入研究，为研发新型重载铁路车 角度晶界(HAGBs)：＞10° ；(3) 局部取向差图定性反
轮钢提供重要的理论和试验依据. 映塑性变形的均匀化程度或者缺陷密度大小，数值较
大的地方，位错密度较高.
1 材料与方法
2 试验结果
试验在GPM-30双盘滚动接触摩擦磨损试验机上
进行，如图1(a)所示，主陪试样的外圆直径均为60 mm， 2.1 磨损性能变化
其中主试样的凸台宽度为5 mm，高度为3 mm，如图1(b) 不同接触应力下FCB车轮钢试样运行20万周次
5
Φ54 Φ60
120
Φ60
20
(a) GPM-30 rolling contact friction and wear test machine (b) Schematic diagram of the wheel and rail sample assembly
Fig. 1 Test equipment and assembly drawing
图 1 试验设备及装配图
