Page 166 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 朱晓彤, 等: 接触应力对FCB车轮钢组织演变与性能的影响 755

(a) 10 μm (b) 30 μm (c) 60 μm

BF
M/A island

0 5 0 5 0 5

6 (d) 5 (e)
Dislocation density/(10 16 m −2 ) 5 4 Dislocation density/(10 16 m −2 ) 4 3

2 3 2
10 30 60 1 050 1 150 1 250
Distance/μm

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Fig. 9 The contact stress is 1 250 MPa, running for 5×10 cycles, the local orientation difference diagram of BF at different distances
from the surface: (a) 10 um; (b) 30 um; (c) 60 um. (d) The contact stress is 1 250 MPa, and the dislocation density statistics
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chart of different distances from the BF to the surface after running for 5×10 cycles. (e) Statistical graph of the
dislocation density of BF 10 μm from the surface under different contact stresses
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图 9 接触应力为1 250 MPa，运行5×10 周次，距表面不同距离的BF局部取向差图：(a) 10 um; (b)30 um; (c)60 um. (d)接触应力
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为1 250 MPa，运行5×10 周次，距表面不同距离的BF位错密度统计图. (e)不同接触应力下距表层10 μm的BF位错密度统计图
取向差逐渐增加，最终形成大角度晶界 ，如图6(b 、 表面存在发生形变的RA和M-A组织，而RA的存在，会
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d 和f )所示，而大角度晶界数量增多使晶粒显著细化 ， 增加FCB的塑性，所以磨损机制以黏着磨损为主. 结
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最终完整的BF板条被分割为取向随机的细小晶粒. 合磨损量柱状图(图3)、表面微观形貌图[图4(a~c)]进
接触应力增大使距表面10 μm处大角度晶界所占 行分析，在低周次条件下磨损量较小，而增大接触应
比例增加，如图7所示，因此在接触应力为1 150 MPa 力，表面磨损状态相近，磨损量的增幅并不明显. 试样
时，BF在距表面10 μm处细化为超细等轴晶. 在大角度 运行50万周次(高周次)时，不同接触应力条件下磨损
晶界形成的过程中有一部分位错发生湮灭，造成位错 量显著增加，但磨损量增幅存在差异，在1 150 MPa时
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密度的降低 ，这也解释了靠近磨损表面位错密度反 磨损量增幅较大，在1 250 MPa时增幅略有增加.
而降低[见图9(d)]以及接触应力越大，距表面10 μm处 试样运行50万周次(高周次)时，接触应力为1 050 MPa

位错密度越低[见图9(e)]. 的条件下，次表面发生塑性变形的程度较小，在次表
αθ 层存在块状RA[见图5(a)、图10(a)]，当表面形成的裂纹
ρ GND = (1)
ub 扩展到次表层的RA时，RA的延展性可以通过钝化新
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其中：α为常数(混合位错的α= 3 )，θ为KAM平均角 形成的裂纹的尖端用以阻止裂纹的发展. 这成为裂纹
度，u为对BF进行EBSD表征时选取的步长，b为柏氏 扩展的阻力，阻止裂纹向深处扩展，所以导致磨损量
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矢量 . 增幅较小的现象.
RA在循环载荷的作用下会发生塑性流变，沿运 在接触应力为1 150 MPa时，在周期性循环载荷
行方向呈现纤维状，同时，在应力的作用下，RA相变 的作用下，次表层RA含量下降[见图10(b)]，当裂纹扩
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为马氏体 . 展至次表层时，此时不存在RA来阻止裂纹扩展，裂纹

3.2 磨损性能 扩展的阻力减少. 而在接触应力为1 250 MPa的条件
试样运行20万周次(低周次)时，结合图5(a~c)，次 下，由于FCB车轮钢内RA含量有限，影响裂纹扩展的因