損傷性質(zhì)車輪是貨車的重要走行部件，在使用中其受力狀態(tài)復(fù)雜、服役條件惡劣及其材質(zhì)或制造上的缺陷等會產(chǎn)生各種損傷，而且多發(fā)生在車輪的踏面，最常見的為踏面剝離。在運用中車輪踏面整個圓周或局部出現(xiàn)不規(guī)則網(wǎng)狀裂紋、龜紋狀裂紋或?qū)訝罱饘賱兟洌瑥拈L期研究和機(jī)理分析來看，車輪剝離主要分為制動剝離、接觸疲勞剝離、擦傷剝離這三種，從材料失效機(jī)理上主要可以歸結(jié)為兩類：一類是由交變接觸應(yīng)力引起的接觸疲勞損傷，另一類是由摩擦熱循環(huán)引起的熱疲勞損傷。

        制動剝離是由于在不合適的制動條件下，閘瓦與車輪接觸部位產(chǎn)生高熱導(dǎo)致車輪表面金屬相變等，踏面制動時，輪瓦接觸部位的摩擦產(chǎn)生高熱使踏面局部瞬時加熱到相變點溫度以上，隨后冷卻時形成所謂熱機(jī)械作用的馬氏體白層，脆硬的馬氏體白層在輪軌接觸應(yīng)力、熱應(yīng)力和組織應(yīng)力作用下極易碎裂和薄片狀脫落，在隨后輪軌接觸應(yīng)力作用下，將發(fā)展成為大面積剝落掉塊。車輪踏面制動剝離前所產(chǎn)生的熱裂紋起源于熱影響層的馬氏體白層處。由制動產(chǎn)生的熱影響層和熱應(yīng)力是指踏面局部金屬受制動摩擦熱作用，引起金相組織和殘余應(yīng)力狀態(tài)變化的物理現(xiàn)象。熱影響層的深度取決于最惡劣的一次制動熱輸入的影響，在相同的制動熱影響作用下，熱影響層的厚度和熱應(yīng)力只取決于摩擦熱溫度及其持續(xù)時間和溫度梯度。鋼的化學(xué)成份只影響熱影響層處馬氏體轉(zhuǎn)變的厚度和硬度，不同硬度和厚度的馬氏體轉(zhuǎn)變層，在輪軌接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋的傾向無明顯差別。馬氏體白層硬度很高，是萌生裂紋的主要原因，裂紋的擴(kuò)展速率和擴(kuò)展方向與車輪、輪箍的殘余應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。

        輪輞經(jīng)熱處理后沿輪輞圓周方向?qū)a(chǎn)生壓縮應(yīng)力，周向殘余壓應(yīng)力可以減緩或抑制踏面上疲勞裂紋沿徑向擴(kuò)展。因此，當(dāng)車輪踏面出現(xiàn)較淺的熱影響層時，輪輞仍為殘余壓應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生于馬氏體白層處的裂紋的擴(kuò)展主要受輪軌接觸應(yīng)力控制，疲勞裂紋擴(kuò)展方向逐漸傾斜和轉(zhuǎn)向到平行于踏面，導(dǎo)致形成剝離掉塊損傷。

       接觸疲勞剝離是由于輪軌接觸應(yīng)力累積應(yīng)變所致，通常與車輪硬度、強度有關(guān)，車輪鋼的接觸疲勞抗力主要取決于鋼的強度和夾雜物的含量和大小。GB8601－88車輪標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了普碳車輪踏面下30mm處的抗拉強度為910～1155N/mm2。實物車輪踏面接觸應(yīng)力作用部位的抗拉強度一般約為1000N/mm2，輪箍的抗拉強度略高一些，屈服強度sS約為600N/mm2，其剪切應(yīng)力屈服強度tS約為sS的0.7倍，此時的t45MAX是位于踏面下3～4毫米部位處。但如列車在小半徑曲線上行使時，則t45MAX將可能大于鋼的tS，并且位于踏面表面，即三向載荷作用下的剪切應(yīng)力超過了鋼的剪切屈服強度，將使車輪踏面表層金屬產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形，致使珠光體層片碎裂而形成微孔洞，并由此萌生疲勞裂紋，疲勞裂紋源位于踏面表層并呈多源特征，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)達(dá)到一定周期后，則裂紋沿與踏面成一傾角（約45°）向輪輞內(nèi)部擴(kuò)展，最終會在踏面發(fā)展成疲勞掉塊形成剝離。

      擦傷剝離是由于車輪與鋼軌之間出現(xiàn)局部摩擦或滑動摩擦，摩擦高熱導(dǎo)致車輪表面金屬相變，出現(xiàn)硬而脆的馬氏體，并在隨后輪軌接觸作用力下該部位剝落，運行中的車輪，當(dāng)緊急制動或制動力過大時，都將會產(chǎn)生抱閘，由于列車仍具有一定的慣性力向前運動，當(dāng)慣性力大于輪軌粘著力時，就會出現(xiàn)輪軌滑行或蠕滑現(xiàn)象，因而產(chǎn)生不同程度的摩擦熱，這種摩擦熱的溫度很高，極易達(dá)到相變點以上，即高溫奧氏體相，在迅速冷卻時，硬而脆的馬氏體便形成，這種熱損傷現(xiàn)象為擦傷。隨著車輪的滾動運行，馬氏體部位極易碎裂、脫落，由擦傷而引起的剝離便形成，即局部擦傷剝離。

        文章由自鐵路輪轂探傷設(shè)備 （http://m.hndyzl.cn/)  整理。