損傷性質車輪是貨車的重要走行部件，在使用中其受力狀態(tài)復雜、服役條件惡劣及其材質或制造上的缺陷等會產生各種損傷，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)則網狀裂紋、龜紋狀裂紋或層狀金屬剝落，從長期研究和機理分析來看，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，從材料失效機理上主要可以歸結為兩類：一類是由交變接觸應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生高熱導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械作用的馬氏體白層，脆硬的馬氏體白層在輪軌接觸應力、熱應力和組織應力作用下極易碎裂和薄片狀脫落，在隨后輪軌接觸應力作用下，將發(fā)展成為大面積剝落掉塊。車輪踏面制動剝離前所產生的熱裂紋起源于熱影響層的馬氏體白層處。由制動產生的熱影響層和熱應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。鋼的化學成份只影響熱影響層處馬氏體轉變的厚度和硬度，不同硬度和厚度的馬氏體轉變層，在輪軌接觸應力和熱應力作用下產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，裂紋的擴展速率和擴展方向與車輪、輪箍的殘余應力狀態(tài)有關。

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

       接觸疲勞剝離是由于輪軌接觸應力累積應變所致，通常與車輪硬度、強度有關，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車輪標準中，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力超過了鋼的剪切屈服強度，將使車輪踏面表層金屬產生嚴重的塑性變形，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，當應力循環(huán)達到一定周期后，則裂紋沿與踏面成一傾角（約45°）向輪輞內部擴展，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，當緊急制動或制動力過大時，都將會產生抱閘，由于列車仍具有一定的慣性力向前運動，當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，因而產生不同程度的摩擦熱，這種摩擦熱的溫度很高，極易達到相變點以上，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備 （http://www.www.htysdjc.com/)  整理。