随着轨道交通运输朝着重载、高速的方向发展,车轴作为转向架的重要组成部件,其服役环境也愈加恶劣。在众多破坏形式中,疲劳是车轴主要破坏形式之一,而其中短裂纹的萌生和扩展可占整个疲劳寿命的80%左右。在实际运行过程中,由于道岔、钢轨接头以及轨道不平顺等因素的影响,车轴承受的载荷形式多变,难以归结为某种单一波形或相位。因此,本文以LZ50钢为研究对象,开展不同波形(矩形波、三角波)和相位差(0°、30°、60°、90°)下的短裂纹试验。1.完成LZ50钢在不同波形和相位差共5种加载路径下的疲劳短裂纹复型试验。结果表明,短裂纹多萌生于铁素体晶界或晶粒内部,在扩展过程中会呈现出周期性降速、加速现象,其中两次明显的降速与LZ50钢的两种主要微观结构特征密切相关。2.对比不同波形和相位差下的试验结果,在保证其他加载参数一致的情况下,矩形波的疲劳寿命低于三角波;而对矩形波加载下不同相位差的研究结果表明,随着相位差的减小,试样疲劳寿命呈下降趋势。3.对断口进行了SEM观测,不同加载路径下的断口均呈现出多源萌生;与矩形波相比,三角波在扩展区的疲劳条纹更为密集、二次裂纹也更多。而对比矩形波在不同相位差下的断口形貌,发现随着相位差的增大,裂纹源区的白色纹络被逐渐磨损,在扩展区疲劳台阶间距增大、擦痕痕迹增多,而在瞬断区出现撕裂条带。4.对两种波形下主导有效短裂纹(DESFC)尺度和寿命分数两个特征参量进行统计分析,可以认为极小值分布是矩形波加载下两个参量的良好假设分布;极小值分布、极大值分布分别是三角波加载下寿命分数、DESFC尺度的良好假设分布。5.采用基于包含多微观结构障碍影响的短裂纹扩展率模型,对5种加载路径下的试验数据进行拟合,得到较好的拟合效果,扩展率曲线能够反映出短裂纹扩展过程中的周期性变化。