目前,我国和亚欧各个国家的贸易往来日渐增多,合作日益密切,“一带一路”的提出为我国与各国的互通互联提出了更高的要求。2016年10月国家启动了“时速400公里可变轨距高速列车”重点研发计划,这将会给我国国际联运带来新的发展机遇。而在国际联运中,不同国家之间轨距的不同是导致联运效率低下的主要因素。因此,变轨距列车的研发尤其重要。在变轨距列车的转向架会添加锁紧机构,轮轴之间的间隙接触面在车辆服役过程中会产生微动磨损和冲击磨损,这些磨损会导致裂纹的形成、材料的剥落,影响列车的安全性能。因此,对变轨距列车转向架部分的关键零部件材料的抗磨损、抗冲击性能有着更高的要求。本文对DZ2车轴钢与GCr15轴承钢球系统地进行了切向微动磨损和冲击磨损试验,还利用离子渗氮表面改性技术对DZ2车轴钢进行表面处理,渗氮后的材料进行切向微动磨损和冲击磨损试验。利用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)和白光干涉表面形貌仪等分析手段,研究了DZ2车轴钢的切向微动磨损行为、冲击动力学行为和损伤机理;对比基体,研究了渗氮材料的微动磨损行为、冲击动力学行为以及损伤机理。本文获得的结论如下:(1)法向载荷和位移幅值能够改变DZ2车轴钢微动运行区域。随着位移幅值的增加或法向载荷的减小,DZ2车轴钢的微动运行区域由部分滑移区向混合区或完全滑移区转变,磨损的二维轮廓也由“W”型转变为“U”型。摩擦系数分为三个阶段:跑合阶段、上升阶段和稳定阶段。在稳定阶段,摩擦系数随位移幅值的增加或者法向载荷的减小而增加。位移幅值的改变对DZ2车轴钢的磨损量影响显著。DZ2车轴钢在不同的微动运行区域的磨损机制不同。在部分滑移区,DZ2车轴钢的损伤主要表现为轻微的压痕;在混合区,DZ2车轴钢的微动磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损;在完全滑移区,DZ2车轴钢的微动的磨损机制主要为磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损。(2)渗氮后的材料与基体的摩擦系数相比有所减小,相同工况下,渗氮材料的磨损量明显减小。这表明离子渗氮能使材料表面具有更好的减摩耐磨性。当微动处于完全滑移区时,渗氮后DZ2车轴钢在不同微动循环次数下的磨损机制不同,微动初期主要为轻微的磨粒磨损、塑性变形和氧化磨损。随着循环次数的增加,渗氮后DZ2车轴钢的微动磨损机制逐渐变为剥层磨损和氧化磨损。(3)冲击能量对DZ2车轴钢冲击磨损行为影响显著。冲击速度的改变会导致DZ2车轴钢吸收能量的改变。冲击速度越大,DZ2车轴钢吸收能量越多,损伤更为严重。但DZ2车轴钢的能量吸收率随冲击速度的改变没有明显变化。随着冲击块质量的增加,DZ2车轴钢对能量的吸收无明显变化,且能量吸收率有所下降。这表明DZ2车轴钢吸收能量的能力是材料自身的属性,与冲击动能无明显关系。结合微观形貌和成分分析,DZ2车轴钢的冲击磨损形貌主要由发生塑性变形的外圆环区域和发生剥层、疲劳和氧化磨损的内圆区域组成,且随着冲击动能的增加,外圆环区域相对面积增大,内圆区域相对面积减小。(4)渗氮后的DZ2车轴钢抗冲击磨损性较基体有明显的提高。在相同的冲击动能条件下,渗氮后的DZ2车轴钢和基体在冲击过程中的接触时间和接触力峰值无明显差别,这表明表面硬度的改变对DZ2车轴钢冲击动力学响应无影响。但渗氮后的DZ2车轴钢的能量吸收率明显低于基体。结合二维轮廓和微观形貌,在相同工况下,渗氮后的DZ2车轴钢损伤明显减弱,磨损机制主要为轻微的塑性变形和剥层。