近年来随着我国铁路事业的不断发展,客运与货运列车的载重和运行速度的不断提高。车轮是铁路列车行驶的核心部件,对列车的安全性和铁路运输的正常运营具有重大的影响。在众多的轮轨损伤现象中滚动接触疲劳损伤是车轮失效的主要原因之一,由于材料的失效通常发生在试样表面,因此分析车轮表层组织对接触疲劳性能的影响规律,提高车轮材料的抗疲劳性能对车轮材料的生产和列车的安全稳定运行具有重要的参考意义。本文利用磨削和抛光两种加工方式分别获得表层具有细晶组织的磨削态D2车轮钢试样和表层组织与心部组织相同的抛光态D2车轮钢试样,采用GPM-40滚动接触疲劳试验机在相同的参数下对两种状态的试样进行滚动接触疲劳试验,并利用粗糙度仪、光学显微镜、扫描电镜、硬度计等手段对疲劳试验后两种试样的疲劳裂纹表层组织及硬度分布进行观察和分析。结果表明:在接触应力为1350MPa,转速为1440r/min,滑擦率为0.5%,在20#机油循环润滑的条件下,磨削态试样的滚动接触疲劳寿命约为2.5×106周次,抛光态试样滚动接触疲劳寿命约为1.7×106周次,磨削态试样的疲劳寿命要高于抛光态。磨削态试样表面存在一层约1μn的磨削细晶层,在疲劳试验过程中会优先在磨削细晶层内萌生细小裂纹并扩展形成小于细晶层厚度的浅层剥落,然后在细晶层剥落的区域萌生疲劳裂纹,而抛光态试样则直接在试样表面萌生疲劳裂纹。疲劳裂纹优先萌生于珠光体与先共析铁素体的交界处和先共析铁素体内部,随着运行周次的增加,珠光体团内部随后也开始萌生疲劳裂纹,疲劳裂纹都与表面成30°～40°向心部扩展,并趋向于在先共析铁素内部以及珠光体与先共析铁素体的交界位置扩展。试样近表层区域会发生一定程度的塑性变形和硬化,抛光态试样表面硬度持续上升,而磨削态试样表面硬度先上升再下降然后缓慢上升,最终都在450HV左右保持稳定,且两种试样都在表面硬度达到400HV左右时开始萌生裂纹。由此可见,磨削细晶层组织能有效的延迟疲劳裂纹的萌生,从而提高材料的抗疲劳性能。