目前我国大宗和长途货物的运输主要依靠货运铁路承担，铁路的货运能力直接影响着我国国民经济的发展。随着重载铁路的发展，我国现有钢轨性能已无法满足轴重增加、运量加大对钢轨材料必须具有更优强韧性、耐磨性、抗疲劳性的严苛要求，其已成为制约我国重载铁路发展的瓶颈环节。无碳化物贝氏体钢作为近年来发展起来的一类新钢系，因其较低的碳含量和优越的韧塑性，被认为是替代珠光体钢的新一代钢种。然而根据现场测试结果发现，贝氏体钢轨滚动接触疲劳破坏仍是其主要的失效方式。因此，研究新一代无碳化物贝氏体钢轨钢的疲劳性，进一步揭示该材料服役条件下滚动接触疲劳机理并建立相应的抗疲劳设计方法势在必行。
无碳化贝氏体钢轨在滚动接触疲劳载荷作用下多相组织发生动态演变，使得其疲劳损伤机理异常复杂，成为目前抗疲劳设计的关键科学难题。鉴于此，西南交通大学阚前华教授课题组针对两种不同热处理条件下的无碳化物贝氏钢轨钢开展了应变疲劳和应力疲劳试验，分别从宏、微观层面研究了微结构和残余奥氏体对棘轮疲劳交互作用的影响。结果表明无碳化物贝氏呈现出非饱和的应变幅相关的循环软化特性，稳定位错子结构的形成和块状残余奥氏体的转变促进了棘轮变形的演化。
图1无碳化物贝氏钢轨钢棘轮-疲劳交互作用
鉴于无碳化物贝氏钢轨材料的循环变形行为与传统珠光体钢轨材料有着明显的区别，为了评估贝氏体钢轨的循环塑性特性，基于广义塑性理论，提出了一个新的循环塑性本构模型。在该模型中，采用了修正的Drager-Prager屈服函数来考虑拉压非对称性，引入应变幅相关系数来考虑瞬间包辛格效应，构建了新的各向同性硬化和随动硬化函数来精确描述循环过程循环软化。该模型精确预测了无碳化物贝氏体钢轨应变幅相关的循环软化特性、拉压非对称性和瞬态包辛格效应。
图2无碳化物贝氏钢轨材料循环塑性本构模型
相关工作以发表在疲劳领域顶级期刊International Journal of Fatigue（中科院一区TOP，IF：5.186）。博士研究生徐祥为第一作者，阚前华教授为通讯作者，合作者包括西南交通大学康国政教授、王平教授、张旭教授、王子仪博士和北京交通大学高古辉副教授。该研究受到了国家重点研发计划项目（No.:2021YFB3703601）、国家自然科学基金（Nos.:12072295, U21A20167, 12192214和11872321）、四川省应用基础研究项目（No.:2021YJ0050）和中央高校基本科研业务费专项资金（No.:2682021ZTPY098）的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.106872
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.106922
