Page 191 - 《摩擦学学报》2021年第5期

780 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

换言之，轮轨滚动接触过程中轮轨界面的表层首先形 存在分歧. 例如，Li等 [18, 30] 认为WEL首先形成、随后马
成马氏体，但由于马氏体组织的热传导率相对较低， 氏体层因再次受热回火形成BEL；但Al-Juboori等 [28, 47]

一定程度上阻碍了摩擦热向基体内的传导，导致次表 指出BEL也可能是WEL的孕育发展阶段. Kumar等 [28]
层温度低于马氏体转变温度(Ms)，因而促使了贝氏体 在研究珠光体钢轨中WEL和BEL的微观结构演变行
[46]
在次表层的生长 . 综上所述，TTS出现分层和形成不 为的基础上，列出了WEL和BEL的形成机理示意图.
同相结构与摩擦副近表层冷却速率具有深度依懒性 认为WEL的形成是与加载历史相关的多次马氏体相
[17]
有关. 此外，研究表明 ：贝氏体层往往出现在重载钢 变. 如图7所示，首先经历α+θ→γ、γ→M+γ；随后M和
轨上，因此TTS分层的另一个控制因素可能是表层材 γ长大→M+γ；最后θ完全溶解、P→完全γ冷却→M+残

料的塑性积累和晶粒细化，并伴随钢轨表层热导率的 余γ. 因此，WEL几乎完全由马氏体和残余奥氏体组
降低. 因此，BEL很可能是塑性变形和相变结合的 成. 然而，BEL的形成过程更为复杂，如图8所示，其形
[18]
产物 . 成可通过两种途径实现. 其一是在奥氏体化条件(温
此外，一些学者对于WEL和BEL在形成先后上也 度、时间)不充分的情况下，首先，原始P在塑性变形机

Equilibrium C concentration in α
C concentration in α>Equilibrium C cencentration in α
GB GB GB
α(Ferrite) θ(Cementite) α PDC** α PDC**
M M
T>A1 T>A3 M
T>A1 M M M
X cycles* X+Y cycles* X+Y+Z cycles* M
γ(Austenite) γ(Austenite)
M(Martensite) M(Martensite) γ(Austenite)
Dislocation
*One cycle refers to single wheel-rail contact with plastic deformation and beating above A1 temperature
**PDC refers to partially dissolved parent cementite

[28]
Fig. 7 Schematic diagram of the evolution behavior and formation mechanism of WEL microstructure
图 7 WEL微观结构的演变行为及其形成机理示意图 [28]
Equilibrium C concentration in α
C concentration in α>Equilibrium C cencentration in α
α GB Partially dissolved α GB
parent cementite(PDC)
PDC
M(Martensite) M BEL in the centre
Multiple plastic
deformation & heating Multiple plastic deformation and close to base metal
containing PDC, α and
& heat(TģA1) cycles,
ultrafine M/γ islands
temperature and time are
θ(cementite) (T<A1) cycles not sufficent for the growth
GB Stage1 of large austenite islands Stage2
α(Ferrite) Dislocation γ(Austenite)

Stage1 α GB α GB
PDC Stage2 PDC
Multiple temperature
M
Multiple plastic
cycles in martensite BEL close to WEL
M tempering regime
deformation & heat
containing TM with
(T>A1) cycles, temperature
M TM(Tempered SCs, PDC, and α
martensite)
and time are enough for the
γ(Austenite) γ(Austenite)
growth of large austenite islands
White dots are secondary
Dislocation carbides (SCs) formed due to
tempering of martensite
Route1
Route2

Fig. 8 Schematic diagram of the evolution behavior and formation mechanism of BEL [28]
图 8 BEL微观结构的演变行为及其形成机理示意图 [28]