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过共析钢轨作为新型珠光体钢轨,其硬度和耐磨性能表现优异,适于铺设在小半径曲线。现阶段我国过共析钢轨处于试制研发阶段,对其组织力学性能的研究还处于初级阶段,尚未有关其疲劳裂纹扩展行为的研究。本文以某厂生产的BG400过共析钢轨为研究对象,通过调整热处理工艺,研究了热处理工艺对其力学性能与疲劳裂纹扩展行为的影响,最后通过改变应力比,讨论了应力比对其疲劳裂纹扩展行为的影响。实验结果表明:经热处理后的BG400过共析钢轨显微组织较轧态有明显变化。随着等温温度、等温时间的降低,珠光体片层间距减小,渗碳体含量增多;随着冷速加快,珠光体片层先大幅降低后小幅增加。热处理工艺2(600℃等温)下实验钢因组织优异而力学性能较好且均符合国标,其中8#实验钢(600℃-30s-8℃/s)的力学性能最优。利用SincoTec疲劳试验机,测定了不同热处理工艺下实验钢的疲劳裂纹扩展a-N曲线,研究不同热处理工艺对实验钢疲劳裂纹扩展速率的影响,实验结果表明:随着等温温度和冷速的降低,疲劳循环次数增加;热处理工艺1(630℃等温)下实验钢的疲劳裂纹扩展速率高于热处理态,表现一般;热处理工艺2(600℃等温)中冷速为5℃/s的7#实验钢的疲劳裂纹扩展速率优于热处理态且为最优,冷速为8℃/s的8#实验钢的表现次之,此工艺下ΔK=1OMPa·(?)和ΔK=13.5MPa·(?)所对应的疲劳裂纹扩展速率均优于国家建议标准,疲劳断口形貌均属准解理断裂;在疲劳裂纹扩展近门槛区Ⅰ区,影响疲劳裂纹扩展的主要因素是渗碳体片厚度;在疲劳裂纹扩展Ⅱ区,影响疲劳裂纹扩展的主要因素是珠光体片间距和渗碳体含量。综合力学性能和疲劳性能可知:热处理工艺2下8#实验钢(600℃-30s-8℃/s)的各项性能均优于国家建议标准,其疲劳性能在略优于热处理态的前提下,硬度和抗拉强度较热处理态分别提升20.29%和5.12%,综合性能最优。通过改变应力比可知,随着应力比的增加,疲劳循环次数增加;由于裂纹闭合效应,在相同的ΔK下,随着应力比的增加,疲劳裂纹扩展速率增加。经热处理后的实验钢能在一定程度上降低应力比的变化对其疲劳裂纹扩展的影响及敏感度,使其在一定程度上提升钢轨在恶劣条件下的使用寿命。