EA4T是典型的高速动车组车轴用钢,由于空气动力学的作用,列车在运行中极容易卷起碎石、道砟等异物并冲击车轴造成一定程度的表面损伤,引起车轴疲劳性能的下降,导致严重的事故。本文针对实际车轴表面损伤,采用不同方法在车轴钢试样表面制备损伤缺陷,探究缺陷与疲劳性能的关系,尝试为我国动车组车轴外物损伤评价、检修标准的制定提供一定的参考。得到如下结论:(1)EA4T车轴表层为回火索氏体,硬度约为218 HBW,径向30 mm后进入过渡层,开始出现铁素体并随深度逐渐增多同时硬度开始降低,基体硬度约200HBW。常规力学性能(强度、塑性、冲击韧性)满足EN13261-2009标准要求。(2)依据GB/T24176-2009标准,所得车轴表面材料的光滑试样疲劳极限为366.0 MPa,缺口试样的疲劳极限为196.7 MPa。缺口导致的应力集中反映在S-N曲线上不仅表现为疲劳极限的降低,同时也造成了有限寿命区拟合直线斜率绝对值的增大。光滑试样裂纹萌生于表面,为单裂纹源起裂,缺口试样裂纹萌生于缺口根部,为多裂纹源起裂。(3)球形弹体空气炮冲击缺陷中,低速冲击中(100 m/s)产生的缺陷呈现规律的球形凹坑状,疲劳极限出现小幅度下降,缺陷边缘的微小裂纹以及残余拉应力是造成疲劳裂纹萌生的主要原因。高速冲击中(200 m/s~300 m/s),缺陷形貌变为陨石坑状,同时缺陷边缘和表面出现一定的微损伤(微裂纹、微缺口、局部开裂),该部位在交变应力作用下,会加快疲劳裂纹的萌生、扩展速度,从而显著降低整体的疲劳极限。(4)静压痕缺陷底部光滑,周边存在均匀塑性变形痕迹,在缺陷深度相同的条件下,静压痕缺陷试样的疲劳极限与以100 m/s速度冲击的缺陷试样相差不大,因此静压痕缺陷可以近似模拟低速冲击损伤。电火花缺陷表面粗糙,周边不存在塑形变形,疲劳极限比相同深度的空气炮冲击(冲击速度为100 m/s~200 m/s)缺陷低约70 MPa,众多的微孔导致疲劳裂纹从底部多处萌生并一齐扩展,造成整体疲劳极限的显著降低、甚至低于静压痕的缺陷试样。(5)正方体弹体空气炮冲击缺陷中,弹体尖锐的结构(角、边)在冲击试样表面时,会造成缺陷底部曲率半径变小,在交变应力下应力集中会更加明显,降低疲劳极限;同时缺陷底部和边缘的材料堆积、微缺口、微裂纹、外物镶嵌、片层结构都会导致试样快速萌生疲劳裂纹并在不同的平面扩展。最终导致实测疲劳极限比同深度球形冲击缺陷试样(冲击速度为100 m/s~300 m/s)降低约60 MPa。在实际情况中应着重加强对车轴表面这类缺陷的监控。