Page 189 - 《摩擦学学报》2021年第5期

778 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

(a) (b)

50 μm 10 μm

(c) (d)

White color zone
Yellowish color zone

1 μm 1 μm

Fig. 5 (a) and (b) are the OM and SEM micrographs of TTS appearing on subsurface layer of pearlite steel after rolling and sliding
friction, respectively; (c) is a partial magnified SEM micrograph of the white color zone in micrograph (a); (d) is a
[32]
partial magnified SEM micrograph of the yellowish color zone in micrograph (a)
图 5 (a)和(b)分别为滚-滑动摩擦后珠光体钢次表层出现TTS的OM显微图片及其对应的SEM图像；(c)为图片(a)中
白色区域局部放大形貌的SEM照片；(d)为图片(a)中淡黄色区域局部放大形貌的SEM照片 [32]

而淡黄色区域表面具有纳米级渗碳体颗粒[见图5(d)]. 尤其在TTS层与基体交界附近无明显塑性变形；(2)其
因此，他们将OM中呈现出的两种不同颜色归因于表 微观结构与孪晶或板条结构的热致马氏体相似；
面形态(如层状、球状等渗碳体结构)的差异. 此外，研 (3)TTS层的硬度值接近马氏体组织，但远低于基体纳
究也发现在白色区域内C原子的百分比明显低于淡黄 米晶结构的硬度值. 通常认为热诱导产生的WEL主要
色区域，而Fe原子含量却相反. 他们认为渗碳体结构 由马氏体、一些残留的奥氏体以及未溶解的碳化物组
的变形程度会影响TTS区域内如C等元素的分布. 成 [28, 33] ，这一观点也为钢轨基体从珠光体转变为奥氏

体以及随后快速淬火过程中部分转变为马氏体提供
2 TTS层的形成机制
了直接证据 [23] . Wu等 [15] 证实BEL是马氏体的分解产
[6]
自1个世纪前Stead 提出白层形成机制的经典模 物，此外，BEL微观结构中残余奥氏体的存在也是热
型以来，国内外学者对白层的形成机制一直存在争 作用形成机制的有力证据.
[2]
议，甚至出现相悖的观点 . 近年来，随着测试技术的 根据金属相变理论可知，奥氏体转变需要经历形
不断进步，学者们对白层的形成机制也有了新的认识 核与长大过程，因而轮轨界面热作用诱导马氏体
[19]
与发展，主要包括热作用机制、塑性变形机制、热-机 TTS层必须具备如下两个必要条件 ：(1)摩擦热作用
械共同作用机制等，并且基于上述形成机制对轮轨界 下的瞬时温度(即摩擦闪温)高于奥氏体相变温度；
面摩擦学转变结构层的发生、衍化进行了大量的研究 (2)轮轨滚动接触过程中极短时间的摩擦接触是否可
[34]
工作. 为奥氏体转变提供足够的时间. Bernsteiner等 通过

2.1 热作用相变机制 有限元模拟证实了轮轨界面摩擦热导致的接触区内
热作用机制主要归因于轮轨滚动接触过程中局 局部温度可达到奥氏体转变温度. 为模拟局部瞬时高
[17]
部区域产生的摩擦热和瞬时高温. Messaadi等 指出 温，Speich和Ganeev等 [35-36] 利用激光脉冲手段验证了
热作用机制形成的TTS层具有以下特征：(1)在次表层 钢轨表面的瞬时热作用可诱导其表层材料奥氏体化.