李迁等：含有上贝氏体的ER8车轮钢的裂纹扩展行为 ,749· 表1ER8车轮钢化学成分（质量分数） Table 1 ER8 wheel steel chemical composition o Sample C Si Mn Cr Mo Ni Fe 1 0.50 0.34 0.74 0.002 0.007 0.19 0.03 0.17 0.02 Bal. 2 0.49 0.35 0.74 0.001 0.007 0.19 0.03 0.15 0.04 Bal. 1000 1车轮钢中的上贝氏体成细长状，并具有一定的 ☐Yield strength 方向性，而2车轮钢中的贝氏体成短棒状，方向性 800 ☐Tensile strength 不明显.图3()和3(f)分别是1和2#车轮钢的透 600 射电镜照片，可以看出1#车轮钢中渗碳体较2车 轮钢大.上贝氏体在光镜下呈现羽毛状，且在透射 400 电镜下的渗碳体尺寸不一，利用金相定量法对两 200 组ER8车轮钢的组织含量进行统计，结果表明， 1和2车轮钢组织中上贝氏体，珠光体和铁素体的 2* 体积分数比分别为80%：15%：5%和50%：40%： Sample number 10%. 图2车轮钢拉伸实验的强度数据 2.2上贝氏体裂纹扩展观察 Fig.2 Tensile test strength data of wheel steel Pardoen等u,研究了车轮钢和钢轨表面的受 和3(b)可以明显看出，1和2车轮钢的室温组织 力情况以及表面形貌变化，表明了车轮钢在运行 均由铁素体(Ferrite)+珠光体(Pearlite)+上贝氏体 过程中受到牵引力、剪切应力与切向力的共同作 (Upper bainite)组成，但是其中各相的所占的比例 用从而在表面形成剥离坑.当轮轨等效接触应力 不同，其中尤以上贝氏体最明显.1和2*车轮钢的 大于材料的屈服极限，以及冲击载荷与循环接触 扫描组织如图3(c)和3(d)所示，可见1和2车轮 应力的联合作用，使得踏面上的塑性变形不断累 钢中的珠光体片层间距均很细小，达到110nm 加，并在车轮表面产生挤入沟和挤出沟，从而在车 (a) (b) (c) Cementite d (e) 图3ER8车轮钢微观组织图.(a)1光镜组织：(b)2光镜组织：(c)1扫描组织：()2扫描组织：(e)1透射组织：()2透射组织 Fig.3 Microstructure of ER8 wheel steel:(a)1*microstructure;(b)2*microstructure;(c)1*scanning structure;(d)2 scanning structure;(e)1 transmission structure:(f)2transmission structure和 3（b）可以明显看出，1 #和 2 #车轮钢的室温组织 均由铁素体（Ferrite）+珠光体（Pearlite）+上贝氏体 （Upper bainite）组成，但是其中各相的所占的比例 不同，其中尤以上贝氏体最明显. 1 #和 2 #车轮钢的 扫描组织如图 3（c）和 3（d）所示，可见 1 #和 2 #车轮 钢中的珠光体片层间距均很细小，达到 110 nm. 1 #车轮钢中的上贝氏体成细长状，并具有一定的 方向性，而 2 #车轮钢中的贝氏体成短棒状，方向性 不明显. 图 3（e）和 3（f）分别是 1 #和 2 #车轮钢的透 射电镜照片，可以看出 1 #车轮钢中渗碳体较 2 #车 轮钢大. 上贝氏体在光镜下呈现羽毛状，且在透射 电镜下的渗碳体尺寸不一. 利用金相定量法对两 组 ER8 车轮钢的组织含量进行统计，结果表明， 1 #和 2 #车轮钢组织中上贝氏体，珠光体和铁素体的 体积分数比分别为 80%∶15%∶5% 和 50%∶40%∶ 10%. 2.2    上贝氏体裂纹扩展观察 Pardoen 等[19] 研究了车轮钢和钢轨表面的受 力情况以及表面形貌变化，表明了车轮钢在运行 过程中受到牵引力、剪切应力与切向力的共同作 用从而在表面形成剥离坑. 当轮轨等效接触应力 大于材料的屈服极限，以及冲击载荷与循环接触 应力的联合作用，使得踏面上的塑性变形不断累 加，并在车轮表面产生挤入沟和挤出沟，从而在车 表 1  ER8 车轮钢化学成分（质量分数） Table 1  ER8 wheel steel chemical composition % Sample C Si Mn S P Cr Mo Ni V Fe 1 # 0.50 0.34 0.74 0.002 0.007 0.19 0.03 0.17 0.02 Bal. 2 # 0.49 0.35 0.74 0.001 0.007 0.19 0.03 0.15 0.04 Bal. 1000 800 600 400 200 0 1 # 2 # Strength/MPa Sample number Yield strength Tensile strength 图 2    车轮钢拉伸实验的强度数据 Fig.2    Tensile test strength data of wheel steel Ferrite Ferrite Ferrite Ferrite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Upper bainite Cementite Cementite Upper bainite Upper bainite Upper bainite 20 μm 10 μm 0.5 μm 20 μm 10 μm 0.5 μm Ferrite Ferrite Ferrite Ferrite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Pearlite Upper bainite Cementite Cementite Upper bainite Upper bainite Upper bainite (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图 3    ER8 车轮钢微观组织图. （a）1 #光镜组织；（b）2 #光镜组织；（c）1 #扫描组织；（d）2 #扫描组织；（e）1 #透射组织；（f）2 #透射组织 Fig.3     Microstructure  of  ER8  wheel  steel:  (a)  1# microstructure;  (b)  2# microstructure;  (c)  1# scanning  structure;  (d)  2# scanning  structure;  (e)  1# transmission structure; (f) 2# transmission structure 李    迁等： 含有上贝氏体的 ER8 车轮钢的裂纹扩展行为 · 749 ·