前一段時間的工作裡，我碰到瞭一個和硬度有關的問題，於是就有瞭今天的這個題目，現在咱們開始吧~~
我遇到的問題是，車輪和鋼軌到底哪個硬？它們的硬度應該如何來選擇才更加合適？
回答開始之前，我們先來討論一下硬度的問題吧，硬度是什麼呢？
—從概念上來講，硬度是指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力。硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項重要的性能指標，它既可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力，也可表述為材料抵抗殘餘變形和反破壞的能力。硬度不是一個簡單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強度和韌性等力學性能的綜合指標。
那接下來的問題是，硬度如何測量呢？
—硬度試驗根據其測試方法的不同可分為靜壓法（如佈氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等）、劃痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及顯微硬度、高溫硬度等多種方法。
下面咱們挑幾種常見的（其實就是我知道的，我不知道的應該就不常見瞭吧）來說一說，還是上個圖吧。
這是我自己畫的圖，視力下降的厲害啊
從上面的圖裡面我相信大傢也看出來瞭，硬度測量主要分兩種，一種是靜態測量，就是把各種壓頭壓進金屬表面，然後測量壓痕得出結果，一種是動態測量，主要是肖氏硬度，那是利用回跳原理。
下面咱們進入車輪和鋼軌的話題，在下面的討論中，我們主要使用佈氏硬度HBW。
回到正題，為啥要討論車輪和鋼軌的硬度問題呢？
—因為車輪和鋼軌都是受力、受摩擦的金屬，會有磨損、會有傷損，使用更軟的金屬可能傷損、裂紋、掉塊少，但是磨耗會快，使用更硬的金屬可能磨耗會少一點，但是會有其他的問題出來，而且輪軌都是鋼材制造，硬度大到一定程度成本會顯著增高，畢竟是消耗品，合適就可以瞭。
—不光要單獨討論車輪和鋼軌的硬度，還要討論車輪和鋼軌硬度的比值，因為它兩個是互相作用的，這個硬瞭那個的磨耗就快，一個合適的比值也是很重要的。
為瞭研究這個問題，我前一段時間測量瞭一些我能接觸到的鋼軌和車輪的硬度值，因為我總不能把輪子和鋼軌卸下來拉到檢測臺上去測，所以用的是筆式硬度計，就是上面說的肖氏硬度的測量，然後再近似換算成佈氏硬度。筆式硬度計是這樣的：
筆式硬度計的測量，準確度欠佳但是很方便
大傢先看一看數據：
這是我們的實測數據
車輪我也測瞭一些數據，由於輪子不歸我管，我就不上詳細的表瞭，給大傢一個數值吧，車輪的硬度大概在HB260—HB290之間，所有測量的平均值是281.（如果有，補充車輪測量的圖表）
大傢看出什麼來瞭？
—新鋼軌的硬度明顯比舊鋼軌的低。這是因為鋼軌上線以後會被車輪反復碾壓，這個過程會使鋼軌表面變得致密，硬度會加大，這個過程一般叫做加工硬化。
—輪子的硬度和加工硬化後的鋼軌差不多。其實輪子也是加工硬化過的，因為我沒有找到新輪子所以就沒測，我猜新輪子的硬度也應該會小一點。
此時，鋼軌/車輪的硬度比大概是1.06左右，咱們把這個數值先放一放。
下面來看看其他人的長期研究測量結果：
—當鋼軌/車輪的硬度比小於0.96時， 鋼軌磨損明顯上升，當鋼軌/車輪的硬度比大於1.0時， 鋼軌磨損穩定在較低水平，而當鋼軌/車輪的硬度比大於1.25時，鋼軌磨耗開始下降。
—車輪試樣的磨損與軌相反，當鋼軌/車輪的硬度比等於1.20左右時，車輪試樣磨損明顯增加，當鋼軌/車輪硬度比達到1.28左右時，車輪磨損陡然增加瞭4—5倍。
—在硬度等級小於250HB時，輪軌的硬度增加不會明顯的降低磨耗水平。
—在硬度介於250—450HB時，輪軌硬度的增加會使輪軌的總磨耗水平降低。
—當硬度大於450HB時，會使輪軌的總磨耗降低程度變得更大。
從上文所述，我們暫時可以得到兩個個初步的判斷：
—鋼軌/車輪硬度比大約在1.0—1.1左右時，是比較好的硬度匹配，而現在的設計也考慮到瞭這個問題，我自己的實測結果就是證明。
—輪軌硬度越大越好，但是為瞭經濟性考慮，一般采用硬度260—340HB之間的材料。
但是，這就是全部麼？其實我們還可以更深入一步。
根據我們的經驗，在非重載鐵路上特別是城市軌道交通上鋼軌的磨耗主要都出現在小半徑曲線上，在其他位置磨耗量非常的少。我們可以根據這個特點來針對不同線路情況來使用不同的鋼軌硬度，以取得最好的磨耗控制效果。
—在普通地段使用硬度較低的鋼軌，使得鋼軌/車輪硬度比控制在1.0—1.1之間，不得小於0.96，使得車輪和鋼軌的磨耗水平都控制在較低的水平。
—在小半徑曲線地段使用硬度較高的鋼軌，使得鋼軌/車輪硬度比維持在1.25左右，使得鋼軌磨耗水平得以降低。
—有人會問，前面不是說比值大於1.2時車輪的磨耗會增加麼？確實是，但是小半徑曲線地段比較少啊，這樣車輪經過的大部分鋼軌是不那麼硬的，磨耗也不會明顯增大。
這就是我的結論瞭。
文章的最後，我們科普一下鋼軌硬度的常識吧，以地鐵常用的U71Mn和U75V鋼軌為例，它們的硬度是這樣的：
這兩種是目前最通常用的兩種鋼軌
在它們經過熱處理以後，它們的硬度就滿瞭我上面說的比值1.25的要求，熱處理以後的硬度是這樣的：
上面兩種鋼軌經過熱處理，就變成這樣，誰用誰知道
Ps，在以前人們沒有做這麼多研究的時候，也是傾向於鋼軌比車輪較硬的，但是當時的理由是。。。要是一定要有磨耗的話，那就磨車輪吧，因為車輪更換起來比鋼軌更換要方便啊。。。作為一個搞軌為生的人來說，實在是愛這個說法。
