Page 195 - 《摩擦学学报》2021年第5期

784 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

两类不同结构的WEL，一类是频繁制动线路上的 纹萌生位置具有较大影响，随着接触应力的增加，一
WEL结构，主要包含马氏体和残余奥氏体，且基体之 方面WEL的形状从颗粒到连续层再转变到不连续的
间没有变形珠光体出现，其厚度在50 μm左右，如图14(a) 特征；另一方面裂纹萌生位置从表面向基体内更大的
[59]
所示；另一类是平稳运行的少制动路段，这类WEL结 深度迁移. Lian等 基于数值模拟结果指出WEL的疲
构非常薄，厚度通常不到10 μm，主要由纳米晶马氏 劳寿命低于基体和WEL/基体界面，且受钢轨基体强
体、细晶铁素体和碎片渗碳体以及严重塑变层组成， 度的影响. 此外，轴重对轮轨表层材料塑变和晶粒细
如图14(b)所示. 前者主要由温度和压力变化引起，故 化影响很大. 研究表明 [23, 60] ：珠光体组织的晶粒细化，
[39]
称之为“TP-WEL”；而后者塑性累积明显，他们将此称 也可降低奥氏体化所需的热量. Takahashi 认为严重
[57]
为“SD-WEL”. Chen和Wang等 认为随着制动速度或 变形的珠光体在动力学上比未变形的珠光体更易转
[61]
制动时间的增加，车轮扁疤处疲劳损伤加剧，WEL厚 变为奥氏体. Vargolici 对比分析了珠光体钢经表面
度增加，从而导致疲劳裂纹长度和传播角度的增加. 氧化处理、摩擦跑合和未处理试样经滚动接触磨损后
[58]
Wu等 指出曲线轨道上的WEL的厚度往往是直线轨 的表层TTS，结果发现跑合和表面氧化处理有助于
道的3~4倍. 因此，与直线轨道相比，曲线轨道上 WEL的形成并有效减缓了磨损. 值得一提的是，Zhu [62]
WEL形成的裂纹更深，并伴随更高的局部应力和更快 综述了摩擦氧化产物的类型及其对轮轨摩擦的影响，
[28]
的裂纹扩展速率，表明曲线轨道上安全隐患更高 . 指出Fe O 的出现是引起轮轨低黏着的主要原因，但
2
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轴重直接影响轮轨界面的接触应力大小与分布， 已有的研究并未涉及轮轨摩擦化学变化对白层特性
而较高的接触应力状态有助于珠光体向奥氏体转 的影响.
变 [23, 28] . 换言之，高应力状态下奥氏体转变温度下降. 综上所述，TTS的形成机制与加载条件、蠕滑、表
[32]
Zhu等 的研究表明接触应力对WEL形态及其内部裂 面状态、制动行为等因素密切相关. 但Al-Juboori等 [47]

WEL

Un-Deformed pearlite
20 μm 10 μm

(a)

WEL

Deformed pearlite
20 μm 10 μm
(b)

Fig. 14 (a) TTS micro morphology without PDL under WEL and its partially enlarged undeformed pearlite morphology and (b) TTS
micro morphology with PDL under WEL and its partially enlarged deformed pearlite morphology [23]
图 14 (a)WEL下方不带PDL的TTS微观形貌及其局部放大的未变形珠光体形貌和(b)WEL下方带PDL的TTS微观形貌及其
局部放大的变形珠光体形貌 [23]