Dry Rolling/Sliding Wear of Bainitic Rail Steels under Different Contact Stresses and Slip Ratios

Abstract

This study aims to deeply understand the effect of contact stress and slip ratio on wear performances of bainitic rail steels. The results showed that the wear loss increased as the contact stress and slip ratio increased. Based on the surface damage morphology and microstructural analyses, it revealed that the rolling contact fatigue wear mechanism played a significant role under the low slip ratio, but the dominant wear mechanism transferred to the abrasive wear at the high slip ratio. Meanwhile, the bainitic steel specifically presented worse wear resistance under the abrasive wear mode. Compared with the influence of a slip ratio, the increase in contact stress led to severer plastic flows and contributed to the propagation of cracks. In addition, the contact stress and slip ratio had the opposite effect on the friction coefficient, that is, the friction coefficient of bainitic steels behaved the inverse proportion with the contact stress, but positive proportion with the slip ratio. At last, the increase in slip ratio had more significant effect on the reduction of retained austenite (RA) than the enlargement of contact stress due to the fact that the RA would probably be removed before the martensitic transformation occurred under the abrasive wear mechanism.

Effect of Cyclic Loading on the Surface Microstructure Evolution in the Pearlitic Rail

“…Similarly, Liu J. P. et al [4] discovered that the RCF wear mechanism was pivotal at a low slip ratio, but the dominant wear mechanism transferred to abrasive wear at a high slip ratio. Additionally, an increase in contact stress not only intensified plastic flows but also facilitated the propagation of cracks [4]. Wang H.H.…”

“…Moreover, the crack propagation mechanism transitioned from solely intergranular to a combined mode of intergranular and transgranular propagation [3]. Similarly, Liu J. P. et al [4] discovered that the RCF wear mechanism was pivotal at a low slip ratio, but the dominant wear mechanism transferred to abrasive wear at a high slip ratio. Additionally, an increase in contact stress not only intensified plastic flows but also facilitated the propagation of cracks [4].…”

Modelling Methods of Phase Transformation in Bainitic Steel: A Review

“…Такие бейнитные стали обладают лучшими механическими свойствами, чем бейнитные стали, термическая обработка которых включает непрерывное охлаждение. Но изотермическую обработку сложно применять на реальной производственной линии, особенно при производстве рельсов длиной 100 м, поэтому в работе [18] сосредоточились на изучении реального производства рельсов из бейнитных сталей, не содержащих карбидов, при непрерывном охлаждении.…”

“…Что касается бейнитной стали, исследования в основном были сосредоточены на сравнении износостойкости [26 -30] и контактной усталости при качении [14,18,27,31] при одинаковых условиях эксплуатации рельсов из бейнитных и перлитных сталей. Однако результаты очень противоречивы.…”

“…Эффект пластичности, вызванный трансформацией (TRIP), и больший допуск степени пластической деформации [28] способствовал повышению их износостойкости. Некоторые из этих исследований показали, что рельсы из бейнитных сталей обладают лучшей стойкостью к контактной усталости при качении [18,27,31], что объясняется отсутствием поверхностных и приповерхностных микротрещин [27], а также высокой усталостной прочностью [31].…”