Page 126 - 摩擦学学报2025年第5期
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760 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷
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钟浩 对不同焊接方式接头不平顺进行研究，发现铝 下方5 mm处取圆环试样，试样直径60 mm，厚度10 mm；
热焊接头不平顺明显大于闪光焊，同时对接触光带的 车轮试样取自标准车轮踏面以下5 mm深度处，尺寸与
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影响也大于闪光焊. 张欣超等 研究焊接区钢轨的次 钢轨试样相同，将车轮试样外圆周加工成高度6 mm、宽
表面的疲劳裂纹扩展，同时获取实时应变特性，发现 度5 mm的阶梯状，即滚动接触的线接触宽度为5 mm，
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焊缝区裂纹更容易扩展. Peng等 在实验室对比研究 上试样为钢轨，下试样为车轮，车轮试样为主动轮，轮
2种闪光焊接头的磨损特性，发现U71MnG接头在高 轨试样尺寸如图1所示.
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速下比U71MnK接头的服役性能更好. 谢旭辉等 分 试验在常温干态下进行，模拟轴重25 t，由赫兹接
别对焊缝材料以及母材材料进行研究，分析材料在滚 触理论计算得到接触应力1 215 MPa ，车轮转速为
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动过程中的演变行为，发现焊缝区容易产生犁沟乃至 500 r/min，蠕滑率为1%，循环次数为1×10 ，试验过程中每
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波磨. 蒋文娟等 通过小比例的滚动试验发现在初期 组进行1次重复试验. 试验前后均通过超声波清洗试样，
焊缝的耐磨性优于母材，随着循环次数的增加焊缝磨
采用电子天平(JA4103)测量试验前后质量，计算钢轨
损量大于母材. 向鹏程等 对2种热处理钢轨焊接接
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磨损率；采用维氏硬度仪(MVK-H21，日本)测量试样
头进行冲击试验，发现在硬度最低的热影响区损伤
硬度；采用光学显微镜(OM，KEYENCE VHX-6 000，日
最为严重. Shi等 在焊接接头处进行激光淬火和冲击
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本)和扫描电子显微镜(SEM，Phenom Pro-SE，荷兰)分
强化处理，改善钢轨焊接接头性能，发现激光淬火增
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析试样表面损伤形貌、剖面塑性变形及疲劳裂纹 .
强钢轨耐磨性，激光冲击强化同时增强耐磨性和抗
1.2 试验材料
疲劳损伤性能.
试验钢轨材料为2种热轧钢轨材料以及1种热处
国内外的研究主要集中于现场钢轨焊接接头的
理新型钢轨材料，编号为1#钢轨、2#钢轨和3#钢轨，焊
缺陷问题，或是对比母材和焊接接头的磨损和损伤性
接方式均为闪光焊，热影响区对称分布于焊缝两侧，3种
能，对于焊接区的滚动接触磨损和损伤特性的研究还
钢轨材料的主要化学成分列于表1中. 3种钢轨材料含
较少. 本文中通过模拟试验，研究了3种不同材料闪光
焊焊接接头的滚动接触磨损和损伤特性，对比分析不 碳量依次降低，3#钢轨中额外加入Cr和Cu等金属元
同区域的硬度、微观组织以及磨损和损伤情况，明确 素，能够改善钢轨的焊接性能，抵制珠光体的球化，同时
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了不同钢轨焊接接头的滚动磨损和损伤特性. 研究结 提高韧性和耐腐蚀性 . 图2所示为3种焊接接头试样上
果可为改进焊接工艺，提高接头性能提供理论依据. 的纵向硬度值，测量间隔为2 mm，在焊缝中心处的硬度
值较低，两侧热影响区的硬度较大，在远离焊缝中心
1 试验部分 处时又有降低的趋势，3种钢轨焊接接头试样的平均
1.1 试验方法 硬度依次降低，图2中虚线表示试样的母材硬度(PM).
滚动接触磨损试验在MJP-30A滚动磨损与接触 图3所示为3种钢轨焊接接头焊缝中心显微组织
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疲劳试验机上进行 ，钢轨试样居中于焊缝，在轨顶 的OM和SEM照片，焊缝中心熔合线在光学显微镜下
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Rail specimen 5
Wheel
Rail Weld bead Φ32 Φ60
Φ32 Φ48 Φ60
Wheel specimen Unit: mm
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Fig. 1 Sampling position and size of wheel and rail specimens
图 1 轮轨试样示意图
