铁路车轮对于确保铁路运输的安全起着重要作用。处于服役中的车轮如果出现损坏，可能会导致严重的经济损失以及人员伤亡。如今列车运行速度越来越快，因为车轮缺陷（扁疤，多边形化），轨道缺陷（波形磨耗）等原因，车轮发生冲击的可能性越来越大。为了更好地预测车轮在服役中的行为，要求我们对其材料的力学行为，特别是车轮钢在冲击载荷作用下的变形、损伤和破坏的机理进行深入的研究，建立车轮钢的动态本构模型。本文对现役的ER8车轮钢的轮辐钢和轮辋钢做了动态力学性能的研究。主要研究成果如下：

轮辐钢和轮辋钢的微结构存在差别，轮辐钢的先共析铁素体所占比例更大，珠光体的片层间距更大。在准静态加载下，轮辐钢和轮辋钢均具有较好的强度和塑性，但轮辋钢的强度明显比轮辐钢大，塑性略差。使用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）对轮辐钢和轮辋钢在冲击载荷下的变形行为进行了研究，发现在动态压缩实验条件下，轮辐钢和轮辋钢都具有应变率强化效应。采用Johnson-Cook本构模型建立轮辐钢和轮辋钢的本构关系，发现拟合结果与轮辐钢较为吻合，而轮辋钢差别较大。轮辋钢具有较强的热软化效应，在高应变率下，变形产生的绝热温升会使得轮辋钢软化。因此，我们考虑了绝热温升对流动应力的影响，并采用改进的Johnson-Cook本构模型来拟合轮辋钢的本构关系，与实验结果进行比较后发现两者比较吻合。

利用分离式霍普金森压杆和帽型试样实验技术对ER8车轮钢的绝热剪切行为进行了研究。在强迫剪切的条件下，得到了相应的剪切应力-剪切应变曲线，并且在曲线中发现了标志着绝热剪切带（Adiabatic Shear Band, ASB）形成的“应力塌陷”现象。金相观察发现了ASB在帽形试样的端部形核，并且裂纹沿着ASB与过渡区的交界面扩展。观察变形不同阶段的微观结构，发现了在剪切变形的过程中，先共析铁素体先发生变形，珠光体后发生变形。在珠光体的剪切变形过程中，较宽片层间距的珠光体先发生变形。利用应变梯度效应解释了轮辐钢和轮辋钢绝热剪切敏感性的差异，轮辋钢更容易形成ASB，这与剪切应力应变曲线的结果相符合。对比充氢的帽型试样实验结果发现，氢能延缓车轮钢ASB的形成。

利用一级轻气炮实验装置和双靶板实验技术测试了车轮钢在10⁵s^-1应变率级别下的层裂强度。分别建立了轮辐钢和轮辋钢的高压状态方程。