张 恒，尹鸿祥，吴 毅，李 翔

(中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京 100081)

0 引 言

随着我国高铁的快速发展，以复兴号为代表的高速动车组运行速度达到了350 km·h-1[1]。动车组高速运行时，车轴受道碴和积冰的高速冲击作用，容易产生外物损伤缺陷(FOD)，并在缺陷处萌生疲劳裂纹，严重时会导致车轴失效[2]。研究表明：FOD周围的残余应力场对短疲劳裂纹的萌生有显著影响[3-5]；车轴表面缺陷小于临界尺寸时，缺陷对25CrMo4或EA4T钢车轴的疲劳强度几乎没有影响[6]，缺陷尺寸超过临界尺寸时，车轴会在低于疲劳强度的载荷下断裂[7-8]。

部分学者从断裂力学或损伤的角度评估了车轴的疲劳强度和疲劳损伤容限[9-12]。疲劳损伤是一种与时间呈正相关的塑性应变高度局部化损伤，基于该理念，FATEMI等[13]提出了损伤过程区(Damage Process Zone，DPZ)的概念，认为疲劳损伤局限在DPZ中；CASTELLUCCIO等[14]引入疲劳指示参数(FIP)来表征单晶材料的累积损伤程度，建立了FIP与疲劳寿命的关系。我国动车组车轴主要采用EA4T钢，目前国内外关于含缺陷EA4T钢疲劳性能的研究鲜有报道。为此，作者通过在EA4T钢车轴弯曲疲劳试样上预制菱形压痕缺陷，研究了压痕尺寸对疲劳性能的影响，为含外物损伤缺陷车轴疲劳寿命的预测提供参考。

1 试样制备与试验方法

在动车组还未投入使用的EA4T钢车轴轴身、距表面10 mm处截取尺寸如图1所示的旋转弯曲疲劳试样，采用预制菱形压痕缺陷以模拟击打伤，载荷分别为150，2 200，6 500 N，所得压痕的尺寸见表1，宏观形貌如图2所示。……