【摘 要】
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列车车轴是重要承力构件.在列车运行过程中，车轴表面承受车轴旋转弯曲所带来的周期性载荷作用.车轴一旦发生疲劳断裂，不仅带来重大的经济损失，而且严重威胁到乘员的生命安全.尤其是随着高速列车的广泛使用，使得列车一年的运行里程已经可以带来108以上的载荷周次.因此保证车轴的超高周疲劳性能是车轴设计与使用的最重要因素.为了提高车轴的疲劳强度与寿命，表面强化处理被广泛的采用.这种处理会在车轴的亚表面形成硬化层
【机 构】
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中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室,北京100190 南车青岛四方机车车辆股份有限公司,
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列车车轴是重要承力构件.在列车运行过程中，车轴表面承受车轴旋转弯曲所带来的周期性载荷作用.车轴一旦发生疲劳断裂，不仅带来重大的经济损失，而且严重威胁到乘员的生命安全.尤其是随着高速列车的广泛使用，使得列车一年的运行里程已经可以带来108以上的载荷周次.因此保证车轴的超高周疲劳性能是车轴设计与使用的最重要因素.为了提高车轴的疲劳强度与寿命，表面强化处理被广泛的采用.这种处理会在车轴的亚表面形成硬化层并引入残余压应力，从而提高车轴的疲劳裂纹萌生寿命.但是由于表层硬化层具有梯度特征，疲劳裂纹在这种梯度强化层内的裂纹扩展行为难以定量预测.本工作采用了具有表面淬火强化层的三点弯曲疲劳试样，在试样表面预制0.5mm深的小缺口，进行应力比R=0.1的三点弯曲疲劳实验.利用光学显微镜跟踪测量了裂纹随疲劳加载周次的扩展，并对比观察了表面强化层的显微组织与疲劳断口.实验结果表明，在较小的应力幅条件下，随着裂纹长度的增加，裂纹扩展速率会逐渐降低到疲劳裂纹扩展门槛值(107mm/cycle)以下，表明梯度层组织对裂纹扩展有重要影响.本文进一步对这种梯度效应进行了定量分析，给出了表面裂纹扩展的规律描述.
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