彭金方 朱旻昊

摘 要：隨著高速鐵路不斷發(fā)展，列車(chē)輪軸材料的服役條件也越來(lái)越嚴(yán)苛，而輪軸高可靠性是列車(chē)運(yùn)行安全的前提。文章簡(jiǎn)述鐵路列車(chē)輪軸材料及制備工藝，詳細(xì)介紹輪軸的失效形式、損傷機(jī)理、失效影響因素、壽命檢測(cè)評(píng)估方法及防護(hù)措施，并提出今后的研究展望。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;動(dòng)車(chē)輪軸材料;疲勞斷裂;失效;防護(hù);損傷分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U213.9

輪軸作為鐵路列車(chē)關(guān)鍵部件，不但要承載著列車(chē)全部重量，同時(shí)也為機(jī)車(chē)運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。一旦列車(chē)輪軸材料發(fā)生疲勞破壞，將嚴(yán)重威脅列車(chē)安全運(yùn)行，甚至引起列車(chē)脫軌的重大事故，危及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全。在鐵路及機(jī)車(chē)發(fā)展史上，由于輪軸材料失效導(dǎo)致的事故屢見(jiàn)不鮮。1998年6月4日，德國(guó)ICE高速列車(chē)脫軌，由于采用彈性車(chē)輪，其輪箍結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度不足，服役中未及時(shí)偵測(cè)發(fā)現(xiàn)，造成車(chē)輪疲勞崩裂;10年后又因車(chē)軸疲勞斷裂，導(dǎo)致ICE高速列車(chē)在德國(guó)科隆列車(chē)總站附近脫軌，所幸當(dāng)時(shí)列車(chē)運(yùn)行速度不高，沒(méi)有造成人員傷亡[1]。我國(guó)高速鐵路起步雖晚于歐、美、日等國(guó)家，但經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，高速鐵路網(wǎng)已初具規(guī)模，運(yùn)營(yíng)里程躍居世界首位。復(fù)興號(hào)作為我國(guó)完全自主研制開(kāi)發(fā)的動(dòng)車(chē)組列車(chē)，其最高運(yùn)行速度可達(dá)400km/h。而列車(chē)運(yùn)行速度越高，其零部件、輪軸用材料服役環(huán)境越惡劣，對(duì)其安全性和可靠性要求就越高。因此，列車(chē)輪軸用材料安全服役性能問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注，也成為近幾十年的研究熱點(diǎn)之一。而相應(yīng)研究成果也更好地服務(wù)于新一代軌道交通輪軸用材料的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。文章結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究工作，從材料、失效、防護(hù)措施及評(píng)價(jià)手段等方面對(duì)軌道交通用輪軸進(jìn)行介紹。

1 輪軸材料及性能

1.1 輪對(duì)

1825年世界出現(xiàn)了第一條鐵路，之后鐵路技術(shù)一直朝著高速重載方向穩(wěn)步發(fā)展，高速列車(chē)的出現(xiàn)具有劃時(shí)代意義。目前，新建線路運(yùn)行速度在250km/h以上，既有線運(yùn)行速度在200km/h以上的鐵路被稱(chēng)為高速鐵路。高速鐵路的發(fā)展對(duì)列車(chē)輪對(duì)性能、服役安全方面提出了更高要求。輪對(duì)一般由車(chē)輪、輪心和輪箍組成，而高速動(dòng)車(chē)組一般采用整體車(chē)輪方案，車(chē)輪不再有輪心和輪箍之分。高速動(dòng)車(chē)組輪對(duì)分為動(dòng)車(chē)輪對(duì)和拖車(chē)輪對(duì)：動(dòng)車(chē)輪對(duì)通常安裝齒輪箱以提供列車(chē)前進(jìn)的牽引力;拖車(chē)輪對(duì)上安裝2～3個(gè)制動(dòng)盤(pán)以提供列車(chē)制動(dòng)時(shí)的阻力。輪對(duì)作用力主要用于[2]承受載荷和沖擊、提供牽引力或制動(dòng)力、滾動(dòng)使車(chē)輛前進(jìn)。圖1為我國(guó)某型號(hào)高速動(dòng)車(chē)組輪對(duì)組裝圖。

1.2 材料

為了適應(yīng)重載列車(chē)對(duì)車(chē)輪性能的要求，美國(guó)鐵路協(xié)會(huì)在提高鑄鋼輪耐磨性的同時(shí)，通過(guò)添加適當(dāng)含量的Cr元素以改善鋼輪韌性，取得了良好效果?。研究表明，在輪軸用鋼方面合金化具有明顯的優(yōu)勢(shì)，添加V、Mo、Mn元素可以明顯改善鋼材韌性。隨著時(shí)間推移，列車(chē)輪軸材料制備與選用發(fā)生了相應(yīng)變化[4]。早期，針對(duì)國(guó)內(nèi)低速列車(chē)，車(chē)輪用材以CL60鋼為主，車(chē)軸材料多為L(zhǎng)Z50鋼。CL60為亞共析鋼，強(qiáng)度、硬度和彈性都很高，但是冷變形時(shí)塑性較低，切削性較差，焊接和淬透性差。隨著鐵路運(yùn)營(yíng)速度提高，車(chē)輪受力狀態(tài)變得更加復(fù)雜，輪軌磨損加劇，車(chē)輪疲勞失效現(xiàn)象較為嚴(yán)重，因此車(chē)輪用材需要更優(yōu)良的綜合性能。馬鞍山鋼鐵技術(shù)中心與西安交通大學(xué)于2000年共同研發(fā)了一種含微釩車(chē)輪用鋼，用于速度200km/h的列車(chē)[4]。2014年，中國(guó)鐵路總公司設(shè)立重大課題“動(dòng)車(chē)組關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng)新深化研究——時(shí)速350km中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組輪軸設(shè)計(jì)研究”，主要針對(duì)車(chē)輪服役中達(dá)到速度300km/h時(shí)出現(xiàn)的多邊形問(wèn)題，在兼顧材料韌性同時(shí)提高其硬度和相變點(diǎn)，成功研制一種中碳Si-V微合金化D2車(chē)輪，使得合金元素固溶強(qiáng)化作用和細(xì)晶強(qiáng)化作用充分發(fā)揮[5]。同期，太鋼公司生產(chǎn)的DZ2鋼車(chē)軸順利通過(guò)鐵路公司組織的上車(chē)評(píng)審，并成功應(yīng)用于中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組列車(chē)。我國(guó)各類(lèi)列車(chē)最常用的車(chē)輪、車(chē)軸材料相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

2 輪軸損傷形式

2.1 車(chē)輪損傷

車(chē)輪損傷主要包含踏面磨耗、輪緣磨耗、表面滾動(dòng)接觸疲勞、踏面剝落凹坑、踏面熱疲勞裂紋、麻點(diǎn)、踏面擦傷以及非圓多邊形磨耗。Beven等[6]研究表明滾動(dòng)接觸疲勞和踏面損傷在各種損傷中所占比例可分別達(dá)到41%和26%，圖2為車(chē)輪各種損傷形式占總損傷比例示意圖。

車(chē)輪疲勞損傷較為普遍且危害更大，其形式有滾動(dòng)接觸疲勞損傷、輪輞斷裂、踏面剝離損傷以及表面熱疲勞損傷等。在輪軌滾動(dòng)接觸過(guò)程中，當(dāng)累積塑性應(yīng)變達(dá)到材料臨界值時(shí)，微裂紋將在材料表面或者次表面形核和擴(kuò)展[7]。圖3為萌生于車(chē)輪表面的滾動(dòng)接觸疲勞裂紋導(dǎo)致的踏面損傷圖。

2.2 車(chē)軸損傷

車(chē)軸是主要承力構(gòu)件，當(dāng)列車(chē)運(yùn)行時(shí)，軌道彎曲或不平整等因素會(huì)對(duì)車(chē)軸產(chǎn)生巨大沖擊，對(duì)車(chē)軸材料造成很大損傷。除此之外，車(chē)軸損傷形式主要有以下4種：①輪對(duì)、齒輪以及軸承壓裝面處微動(dòng)疲勞損傷;②服役或檢修過(guò)程中打傷、碰傷;③ 服役過(guò)程中腐蝕損傷;④軸承故障或過(guò)載造成車(chē)軸損傷。其中，微動(dòng)疲勞損傷是造成車(chē)軸失效主要原因。有報(bào)道指出，1980年我國(guó)共探傷發(fā)現(xiàn)4319根車(chē)軸輪座處發(fā)生明顯的微動(dòng)疲勞損傷，其裂損率為6.9% [8];俄羅斯在1993年因發(fā)現(xiàn)微動(dòng)疲勞裂紋而報(bào)廢的車(chē)軸有6800 根[9]。

3 輪軸材料失效影響因素、形式及機(jī)理

3.1 輪軸材料失效因素

3.1.1 設(shè)計(jì)

車(chē)軸設(shè)計(jì)是為保證車(chē)軸在給定條件下安全服役，基于運(yùn)行條件可能發(fā)生的狀況，建立相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終選擇合適的車(chē)軸材料、尺寸以及結(jié)構(gòu)，形成相關(guān)技術(shù)文件[10]。車(chē)軸設(shè)計(jì)直接關(guān)系到車(chē)軸服役壽命，是車(chē)軸安全服役第一道關(guān)口。因此，車(chē)軸設(shè)計(jì)應(yīng)是最先考慮的問(wèn)題，也是引起車(chē)軸失效重要因素之一。

3.1.2 制造工藝

車(chē)軸制造工藝流程如下：冶煉→鑄、軋→鍛造→熱處理→熱校直→粗加工→超聲探傷檢查→粗加工→精加工→外觀、尺寸檢查→磁粉探傷檢查。

從車(chē)軸制造工藝流程來(lái)看，可能會(huì)產(chǎn)生材質(zhì)偏析、非金屬夾雜物超標(biāo)、疏松、夾渣、起層、冷熱裂紋、熱處理工藝不當(dāng)、晶粒不均、粗大、強(qiáng)度不足、機(jī)加工尺寸公差和表面粗糙度不合格等問(wèn)題[11]。各種缺陷可能在車(chē)軸服役過(guò)程中促進(jìn)微裂紋形成，造成車(chē)軸提前失效。

3.1.3 裝配

輪軸通過(guò)壓裝方式進(jìn)行組合。如果車(chē)軸“裝配不良”，在旋轉(zhuǎn)彎曲載荷作用下輪座處會(huì)產(chǎn)生微動(dòng)損傷，進(jìn)而引起裂紋萌生、擴(kuò)展，最終導(dǎo)致車(chē)軸斷裂。因此，車(chē)軸組裝前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量檢查，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求后，才能進(jìn)行組裝。組裝時(shí)，壓裝曲線必須符合規(guī)范，周勇等[12]通過(guò)試驗(yàn)指出，對(duì)同軸度、引導(dǎo)套和引導(dǎo)角進(jìn)行優(yōu)化可大大減少輪對(duì)壓裝損傷，提高輪對(duì)壓裝質(zhì)量，進(jìn)而延長(zhǎng)服役壽命。

3.1.4 服役環(huán)境

車(chē)輪表面狀態(tài)主要由加工決定，輪對(duì)在服役中受雨水、冰雪、潮濕等環(huán)境侵蝕會(huì)發(fā)生損傷。吳菲等[13]在 NaCl溶液下研究C、Si含量對(duì)車(chē)輪鋼耐腐蝕影響，研究表明，隨著C含量增加及Si含量降低，車(chē)輪鋼穩(wěn)態(tài)腐蝕速率增大。任學(xué)沖等[14]研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的裂紋均萌生自輻板表面腐蝕坑，車(chē)輪鋼疲勞極限值大大降低。

此外，溫度也是影響輪軸材料性能的重要因素之一。我國(guó)幅員遼闊，各地氣候溫差顯著。列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中要承受環(huán)境溫度劇烈變化，因此輪對(duì)用鋼低溫力學(xué)性能關(guān)乎其服役安全。王少杰等[15]對(duì)ER8車(chē)輪鋼低溫力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度降低，其沖擊韌性迅速下降。任學(xué)沖等[16]在-80～20°C溫度下，對(duì)高速車(chē)輪鋼試樣分別進(jìn)行拉伸、斷裂韌性以及沖擊韌性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該溫度下高速車(chē)輪鋼斷裂韌性和沖擊韌性處于韌—脆轉(zhuǎn)變區(qū)，試樣裂紋尖端轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯咏饫砥鹆选?/p>

3.2 輪軸材料失效形式及機(jī)理

3.2.1 車(chē)軸內(nèi)部缺陷與車(chē)軸冷切

車(chē)軸內(nèi)部缺陷是指材料有夾雜物、成分偏差、組織不正常、縮孔等，產(chǎn)生原因主要是制造過(guò)程中熱處理控制不當(dāng)。其服役時(shí)疲勞裂紋易萌生于車(chē)軸內(nèi)部缺陷處，只有通過(guò)超聲波探傷檢查才可以發(fā)現(xiàn)[10]。

3.2.2 軸頸裂紋與車(chē)軸冷切

未按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)組裝車(chē)軸和軸承，或者有異物進(jìn)入裝配區(qū)，將引起軸頸和軸承配合部邊緣產(chǎn)生應(yīng)力集中，易萌生微觀裂紋，造成車(chē)軸斷裂[10]，如圖4所示。

3.2.3 輪座內(nèi)側(cè)微動(dòng)疲勞和微動(dòng)腐蝕

車(chē)軸所處環(huán)境不良、車(chē)軸材質(zhì)強(qiáng)度偏低、輪座表面加工質(zhì)量差、壓裝損傷、承受載荷偏大等因素易引起輪座內(nèi)側(cè)1～10mm位置產(chǎn)生微動(dòng)腐蝕。該位置是車(chē)軸旋轉(zhuǎn)彎曲載荷作用下的高應(yīng)力區(qū)。在車(chē)軸運(yùn)用時(shí)，腐蝕介質(zhì)與原有輪座表面損傷和車(chē)軸旋轉(zhuǎn)彎曲形成的微動(dòng)摩擦共同作用，誘發(fā)疲勞裂紋[10-11]。

Zhu等[29]對(duì)系列服役后車(chē)軸的損傷研究結(jié)果顯示：輪座過(guò)盈配合區(qū)邊緣均發(fā)生了不同程度微動(dòng)損傷;在靠電機(jī)軸側(cè)的輪座損傷帶發(fā)生嚴(yán)重微動(dòng)疲勞損傷;微觀裂紋常萌生于邊界1 mm左右的地方，環(huán)繞車(chē)軸周向。微動(dòng)疲勞裂紋形態(tài)一般呈多源性和臺(tái)階狀特征，傾向于與表面呈大約60°的次表面萌生狀態(tài)，與彎曲微動(dòng)疲勞試驗(yàn)研究結(jié)果吻合較好[17]，圖5為失效車(chē)軸輪座微動(dòng)損傷部位表面、剖面和斷口分析圖。

微動(dòng)在運(yùn)行于混合區(qū)時(shí)，裂紋易萌生和擴(kuò)展，該位置是車(chē)軸最危險(xiǎn)的部位。日系動(dòng)車(chē)車(chē)軸輪座部位殘余壓應(yīng)力隨著服役里程的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，而表面硬度幾乎呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)，圖6、圖7為日系車(chē)軸不同里程殘余應(yīng)力及表面硬度分布示意圖。

目前無(wú)損探傷技術(shù)無(wú)法檢測(cè)到過(guò)盈配合區(qū)的微觀裂紋，當(dāng)探測(cè)到時(shí)，裂紋已擴(kuò)展到宏觀裂紋，車(chē)軸將很快失效。因此，輪座微動(dòng)疲勞成為影響車(chē)軸疲勞壽命的主要因素，需要高度重視其對(duì)安全可靠性的影響。

3.2.4 輪座粗糙度超標(biāo)與車(chē)軸冷切

輪座加工粗糙度超標(biāo)主要表現(xiàn)為存在加工刀痕，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ra1.6μm的要求。在車(chē)軸運(yùn)行中，會(huì)在鑲?cè)氩績(jī)?nèi)側(cè)5～10mm的高應(yīng)力區(qū)，沿刀痕萌生疲勞裂紋，引發(fā)車(chē)軸冷切事故 [10-11]。

3.2.5 輪座壓裝損傷與車(chē)軸裂斷

壓裝損傷主要表現(xiàn)在輪座表面有可見(jiàn)魚(yú)鱗片帶和擠壓包。魚(yú)鱗片帶方向是從輪座外側(cè)指向輪座內(nèi)側(cè)，擠壓包在魚(yú)鱗片帶前端。在魚(yú)鱗片根部往往有裂紋，裂紋處的應(yīng)力集中，使裂紋易擴(kuò)展從而引起車(chē)軸疲勞斷裂 [10-11]。

3.2.6 軸身鏟痕與軸身碰傷

車(chē)軸服役過(guò)程中，軸表面鏟痕處產(chǎn)生應(yīng)力集中，萌生疲勞裂紋;軸身碰傷會(huì)引起缺口效應(yīng)，導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而誘發(fā)微裂紋在凹痕處萌生，逐步擴(kuò)展導(dǎo)致車(chē)軸疲勞斷裂[10-11]。

4 檢測(cè)及評(píng)價(jià)

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)車(chē)軸服役性能的檢測(cè)手段主要包括：磁粉探傷、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)、超聲波檢測(cè)，幾種檢測(cè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。除此之外，基于力學(xué)和有限元模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)輪軸材料強(qiáng)度、服役壽命的評(píng)估，逐漸發(fā)展為一種主流檢測(cè)手段。1998年，Ishida H [18]通過(guò)在車(chē)輪輻板上布置電橋?qū)崿F(xiàn)了對(duì)線路橫向力和垂向力的實(shí)測(cè)，得到脫軌系數(shù)以及軸箱垂向加速度等參數(shù)，為壽命預(yù)測(cè)模型提供數(shù)據(jù)支撐。唐道武等[19]將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于輪軸疲勞強(qiáng)度評(píng)估，陸超等[20]基于Hypermesh與Ansys的聯(lián)合仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)軸靜強(qiáng)度與位移變形的計(jì)算。趙永翔等[21]研究表明，通過(guò)半輪對(duì)輪軌接觸的有限元計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)輪對(duì)結(jié)構(gòu)輪軸疲勞的近似評(píng)價(jià)。實(shí)際檢測(cè)手段與有限元模擬技術(shù)相結(jié)合的方式，保證了輪軸疲勞強(qiáng)度以及服役性能的有效評(píng)估。

5 防護(hù)措施

5.1 采用表面技術(shù)

列車(chē)運(yùn)行速度的不斷提高，對(duì)車(chē)軸耐磨性提出了更高的要求。傳統(tǒng)改善耐磨性鍍膜方法主要有堆焊和熱壓噴涂。堆焊的涂層和基體結(jié)合強(qiáng)度高，但會(huì)引起基體變形。熱壓噴涂涂層較薄，與基體結(jié)合力弱。新近出現(xiàn)的激光熔覆技術(shù)克服了以上傳統(tǒng)方法制備復(fù)合涂層的缺點(diǎn)，其熔覆材料廣泛，制備涂層厚度可控、結(jié)合強(qiáng)度高[22]。

5.2 車(chē)軸再制造技術(shù)

車(chē)軸再制造的核心是恢復(fù)因劃傷和磕碰以及去除表面疲勞層導(dǎo)致的缺失尺寸，通過(guò)合適的再制造技術(shù)和工藝，使修復(fù)后車(chē)軸達(dá)到或超過(guò)新造車(chē)軸性能。目前，針對(duì)車(chē)軸損壞情況，適合的技術(shù)主要有電刷鍍、TIG堆焊、熱噴涂和激光熔覆[22]。

5.2.1 電刷鍍技術(shù)

電刷鍍技術(shù)是在零件表面快速放電結(jié)晶而形成鍍層，有工藝簡(jiǎn)單、速度快、性能穩(wěn)定、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于機(jī)械零部件表面修復(fù)和表面強(qiáng)化。不但能恢復(fù)零件的尺寸、公差和配合精度，還能提高零件服役壽命[22]。

5.2.2 TIG堆焊技術(shù)

堆焊技術(shù)是通過(guò)外加熱源使母體材料與所覆特殊性能合金材料熔合，從而具有合金材料的特殊性能。TIG 堆焊具有工藝穩(wěn)定、高可靠性、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和節(jié)省材料的特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于冶金、電站、鐵路、車(chē)輛、核動(dòng)力及工模具等制造修復(fù)中。

Л. Γ. Γорстко 等[24]研究采用自動(dòng)TIG堆焊修復(fù)因螺紋損壞而報(bào)廢的列車(chē)車(chē)軸，發(fā)現(xiàn)修復(fù)螺紋質(zhì)量?jī)?yōu)于新螺紋。但其內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，會(huì)引起幾何變形，不滿(mǎn)足尺寸要求，甚至?xí)斐啥押笇觿冸x。為了使堆焊技術(shù)能更好地滿(mǎn)足需求，還需改進(jìn)堆焊材料和工藝[9-10]。

5.2.3 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)具有涂層材料廣泛、基體材料及形狀尺寸不受限、厚度易控制、工藝簡(jiǎn)單、成本低、效率高等特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于航空航天、石油化工、礦山機(jī)械、電力等領(lǐng)域再制造。程江波等[25]采用Fe基非晶/納米晶復(fù)合材料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸頸磨損部位進(jìn)行再制造研究，發(fā)現(xiàn)再制造后產(chǎn)品質(zhì)量與新品相當(dāng)，綜合成本僅為原新品的1/10。劉偉等[26]選用舊車(chē)軸，按4 ： 1尺寸縮比加工成輪對(duì)，在旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明0.5mm厚的修復(fù)涂層耐微動(dòng)疲勞和磨損性能較高，達(dá)到車(chē)軸延壽的目的。

5.2.4 激光熔覆技術(shù)

激光熔覆技術(shù)具有綠色、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，能夠制備連續(xù)、大面積厚熔覆層，滿(mǎn)足實(shí)際零部件延壽和修復(fù)再制造需求，處理的零件質(zhì)量甚至可超過(guò)新品[22， 27]。李叢辰等[23]的研究表明，在EA4T鋼表面熔覆Fe314合金后，樣品屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均高于標(biāo)準(zhǔn)值。許妮君等[27]研究表明，熔覆層表層硬度最高，過(guò)渡層次之。工程實(shí)踐表明，車(chē)軸經(jīng)過(guò)激光熔覆技術(shù)處理后，能消除表面微動(dòng)損傷，進(jìn)而延長(zhǎng)車(chē)軸服役壽命[28]。通過(guò)調(diào)控熔覆粉末，提高熔覆脫氧性和浸潤(rùn)性，調(diào)節(jié)Ni、Mo等微量元素，達(dá)到晶粒細(xì)化，使修復(fù)區(qū)綜合機(jī)械性能接近甚至高于母材[22]。

6 結(jié)語(yǔ)

文章介紹目前動(dòng)車(chē)用輪軸的材料、損傷形式及機(jī)理，以及提高輪軸材料服役壽命措施等方面的研究和進(jìn)展，得出以下結(jié)論。

（1）降低碳含量并結(jié)合微合金化是目前發(fā)展高速、重載軌道機(jī)車(chē)用輪軸材料的主要趨勢(shì)，結(jié)合實(shí)際服役環(huán)境，確定碳及合金元素最佳比例，使材料性能滿(mǎn)足服役安全需要。

（2）車(chē)輛在行駛過(guò)程中，車(chē)軸會(huì)承受極其巨大的動(dòng)載荷，特別是在經(jīng)過(guò)鋼軌接頭、道岔以及不平線路的時(shí)候，車(chē)軸受到?jīng)_擊載荷會(huì)加劇車(chē)軸提前失效，冷切是車(chē)軸斷裂主要形式。微動(dòng)疲勞損傷是誘發(fā)車(chē)軸輪座部位微裂紋形成主要原因。

（3）在提高輪軸服役安全可靠性方面，應(yīng)掌握車(chē)軸隨服役里程增加的損傷演變規(guī)律，針對(duì)不同損傷進(jìn)行修復(fù);在提高輪軸材料服役壽命方面，需探索合適的表面處理技術(shù)，在服役之前對(duì)輪軸材料進(jìn)行處理，以提高其服役壽命;結(jié)合再修復(fù)技術(shù)，對(duì)損傷輪軸進(jìn)行處理使其再次利用。

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收稿日期 2020-01-03

責(zé)任編輯 司玉林