.750 工程科学学报，第42卷，第6期 轮的踏面处形成贝纹状的剥落坑0.图4是车轮 扩展过程中的尖端走向观察不够清晰.图5对车 钢轮辋踏面的裂纹形成与扩展显微图.1车轮钢 轮钢的裂纹扩展进行高倍数观察.图5(a)中裂纹 的接触表面如图4(a)所示，表面形成尺寸不一的 从接触表面萌生并开始扩展，越靠近车轮钢的表 剥离坑且有大量细小的裂纹存在，磨损后的表面 面塑性变形程度越严重.图5(b)中裂纹穿过上贝 粗糙且存在大量从表面向车轮心部扩展的裂纹 氏体进行扩展，在此过程中由于受到上贝氏体及 1车轮钢的裂纹扩展如图4(b)所示.由图可以看 不同取向的珠光体片层的阻碍而产生分支裂纹 出1试样的裂纹是从剥离坑中萌生，然后在车轮 分支裂纹发生弯曲，驱使裂纹尖端向能量低的方 与钢轨接触的垂向载荷作用下以一定角度向车轮 向扩展.图5(c)和图5(d)中裂纹在上贝氏体区域 内部扩展.可以明显的看出，裂纹的扩展路径与上 内扩展，裂纹发生弯曲和产生分支裂纹.裂纹扩展 贝氏体的分布无关.一般来说，出现穿晶裂纹的材 最终停止在珠光体区域.当裂纹尖端扩展至上贝 料的韧性比出现沿晶裂纹的材料的韧性更高，这 氏体，裂纹扩展路径较为弯曲.上贝氏体中的渗碳 与裂纹的扩展和裂纹形成前的高塑性应变有关四 体作为硬质相，裂纹在扩展过程中容易阻碍裂纹 从裂纹扩展路径可以看出，裂纹扩展较为笔直，并 尖端扩展.裂纹尖端方向在上贝氏体之间连续变 未找到分支裂纹的存在.扩展过程中由于受到上 化，当裂纹扩展至上贝氏体区域时发生转向，迫使 贝氏体及不同取向的珠光体片层影响，裂纹最终 裂纹形成更长的轨迹，从而产生更多的裂纹分支 停止在珠光体区域. 图5(e)和图5(f)中裂纹穿过珠光体区域扩展.裂 2车轮钢的裂纹扩展如图4(c)和4(d)所示 纹在珠光体区域内受阻产生分支，分支裂纹继续穿 由图可以看出2试样的裂纹产生于剥离坑，而表 过珠光体扩展.裂纹在上贝氏体区域内扩展的路 面形成的剥离坑会进一步促进次表面的裂纹的形 径比裂纹在珠光体区域内扩展的路径更加弯折 成.次表面受到应力作用产生塑性变形，组织沿着 由于铁素体属于软质相，裂纹在铁素体中更 滚动方向形成流线型的塑性变形区.裂纹在扩展 能自由地传播.然而，在上贝氏体中观察到频繁的 过程中穿过上贝氏体扩展.裂纹扩展路径较为笔 裂纹分支.与珠光体相比，裂纹在上贝氏体中扩展 直，裂纹扩展过程中不易形成分支裂纹.对裂纹尖 更为曲折.这表明上贝氏体能够有效地阻止了裂 端的微观组织的观察可知，裂纹的扩展最终停止 纹扩展，在偏转裂纹路径和延缓裂纹扩展方面起 在珠光体区域 着重要作用.而裂纹分支可以降低裂纹驱动力，并 图4对裂纹扩展进行了低倍的观察，但对裂纹 对裂纹扩展的阻碍起到重要作用.当裂纹尖端扩 (a) 6 2 mm (c) (d 400μm 500m 图4ER8车轮钢轮辋踏面的裂纹形成与扩展显微图.(a)1车轮钢表面剥离坑：(b)1车轮钢裂纹扩展：(c,d)2车轮钢裂纹扩展 Fig.4 Micrograph of crack formation and propagation on rim tread of ER8 wheel steel:(a)1wheel steel surface peel pit(b)crack growth ofwheel steel;(c,d)crack growth of 2 wheel steel轮的踏面处形成贝纹状的剥落坑[20] . 图 4 是车轮 钢轮辋踏面的裂纹形成与扩展显微图. 1 #车轮钢 的接触表面如图 4（a）所示，表面形成尺寸不一的 剥离坑且有大量细小的裂纹存在，磨损后的表面 粗糙且存在大量从表面向车轮心部扩展的裂纹. 1 #车轮钢的裂纹扩展如图 4（b）所示. 由图可以看 出 1 #试样的裂纹是从剥离坑中萌生，然后在车轮 与钢轨接触的垂向载荷作用下以一定角度向车轮 内部扩展. 可以明显的看出，裂纹的扩展路径与上 贝氏体的分布无关. 一般来说，出现穿晶裂纹的材 料的韧性比出现沿晶裂纹的材料的韧性更高，这 与裂纹的扩展和裂纹形成前的高塑性应变有关[21] . 从裂纹扩展路径可以看出，裂纹扩展较为笔直，并 未找到分支裂纹的存在. 扩展过程中由于受到上 贝氏体及不同取向的珠光体片层影响，裂纹最终 停止在珠光体区域. 2 #车轮钢的裂纹扩展如图 4（ c）和 4（d）所示. 由图可以看出 2 #试样的裂纹产生于剥离坑，而表 面形成的剥离坑会进一步促进次表面的裂纹的形 成. 次表面受到应力作用产生塑性变形，组织沿着 滚动方向形成流线型的塑性变形区. 裂纹在扩展 过程中穿过上贝氏体扩展. 裂纹扩展路径较为笔 直，裂纹扩展过程中不易形成分支裂纹. 对裂纹尖 端的微观组织的观察可知，裂纹的扩展最终停止 在珠光体区域. 图 4 对裂纹扩展进行了低倍的观察，但对裂纹 扩展过程中的尖端走向观察不够清晰. 图 5 对车 轮钢的裂纹扩展进行高倍数观察. 图 5（a）中裂纹 从接触表面萌生并开始扩展，越靠近车轮钢的表 面塑性变形程度越严重. 图 5（b）中裂纹穿过上贝 氏体进行扩展，在此过程中由于受到上贝氏体及 不同取向的珠光体片层的阻碍而产生分支裂纹. 分支裂纹发生弯曲，驱使裂纹尖端向能量低的方 向扩展. 图 5（c）和图 5（d）中裂纹在上贝氏体区域 内扩展，裂纹发生弯曲和产生分支裂纹. 裂纹扩展 最终停止在珠光体区域. 当裂纹尖端扩展至上贝 氏体，裂纹扩展路径较为弯曲. 上贝氏体中的渗碳 体作为硬质相，裂纹在扩展过程中容易阻碍裂纹 尖端扩展. 裂纹尖端方向在上贝氏体之间连续变 化，当裂纹扩展至上贝氏体区域时发生转向，迫使 裂纹形成更长的轨迹，从而产生更多的裂纹分支. 图 5（e）和图 5（f）中裂纹穿过珠光体区域扩展. 裂 纹在珠光体区域内受阻产生分支，分支裂纹继续穿 过珠光体扩展. 裂纹在上贝氏体区域内扩展的路 径比裂纹在珠光体区域内扩展的路径更加弯折. 由于铁素体属于软质相，裂纹在铁素体中更 能自由地传播. 然而，在上贝氏体中观察到频繁的 裂纹分支. 与珠光体相比，裂纹在上贝氏体中扩展 更为曲折. 这表明上贝氏体能够有效地阻止了裂 纹扩展，在偏转裂纹路径和延缓裂纹扩展方面起 着重要作用. 而裂纹分支可以降低裂纹驱动力，并 对裂纹扩展的阻碍起到重要作用. 当裂纹尖端扩 Spalling Crack Upper bainite Spalling Spalling Upper bainite Deformation 200 μm 400 μm 500 μm 2 mm (a) (c) (d) (b) 图 4    ER8 车轮钢轮辋踏面的裂纹形成与扩展显微图. （a）1 #车轮钢表面剥离坑；（b）1 #车轮钢裂纹扩展；（c,d）2 #车轮钢裂纹扩展 Fig.4    Micrograph of crack formation and propagation on rim tread of ER8 wheel steel: (a) 1# wheel steel surface peel pit; (b) crack growth of 1# wheel steel; (c, d) crack growth of 2# wheel steel · 750 · 工程科学学报，第 42 卷，第 6 期