车轮踏面剥离故障与金属相变的关系

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一、钢材及铁碳合金的相变

1.钢的定义

钢，是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢（碳钢）或普通钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素。

2.分类

按碳含量高低分类

低碳钢：碳含量一般低于0.25%（质量分数）；

中碳钢：碳含量一般为0.25%~0.60%（质量分数）；

高碳钢：碳含量一般高于于0.60%（质量分数）。

分类——类型			碳含量(%)	室温平衡组织
铁碳合金	钢	亚共析钢	0.0218～0.77	F+P
		共析钢	0.77	P
		过共析钢	0.77～2.11	P+Fe3CII
	白口铁	亚共晶铁	2.11～4.3	P+Fe3CII+Le’
		共晶铁	4.3	Le’
		过共晶铁	4.3～6.69	Fe3CI+Le’

3.铁碳合金的基本组织

钢材本质上属于含碳量低于2%的铁碳合金，而铁碳合金内部存在着多种基本组织，如下图，结构及性能不同。

4.铁碳合金相图

正式因为个基本组织所具备的不同性质，在不同的温度条件下能够互相转化，而改变宏观的钢铁机械性质，所表现出的规律可用“铁碳合金相图”表示，这也是各种材料进行不同类型热处理的基本依据。

二、铁道车辆车轮踏面剥离故障与金属相变的关系

我国铁路低速机车、货车、地铁轻轨广泛采用车轮—闸瓦制动方式，当长时间、反复制动时，制动热负荷迅速增大，车轮表面金属短时间内迅速局部受热（可达900度），甚至超过上述金属相变图中A3（达到奥氏体状态），由于向轮辋散热高温奥氏体迅速冷却形成脆而硬的马氏体。车轮表面层的马氏体在组织和性能上是极不均匀的，当轮轨受到冲击（钢轨接头、缓和曲线衔接点等不平顺）时，马氏体极易碎裂、脱落，表现为车轮踏面的剥离。

而且因为车轮圆周方向局部外形出现“凹坑”不再连续，车轮每经过此处时就会产生一次冲击，对于铁道车辆，车速从120km/h～350km/h范围内，每秒车轮将滚动12～34圈，所产生的危害不言而喻，因此很快将导致转向架振动报警，因此高铁车辆运用时出现超限的擦伤、剥离时，必须降速回送，并换车运行，故障车轮必须经过及时的镟修才能继续使用。