高速列车车轴在实际运行中会不可避免的遭受外物冲击损伤,在车轴表面留下擦痕或撞击凹槽,严重威胁列车运行安全。目前已有的车轴损伤制备方法虽能提供一定理论支持,但未能模拟实际车轴损伤。因此模拟制备车轴冲击损伤缺陷,并探讨车轴外物损伤疲劳断裂机理具有重要的工程意义。研究结论如下:(1)对S38C车轴表面感应淬火层抗拉强度、径向显微硬度和显微组织进行了测试分析,分别采用升降法和逐步加载法测试了车轴四点弯曲标样疲劳极限,不同数据统计方法计算所得逐步加载法疲劳极限均比升降法高10%左右。(2)采用冲击弹体(形状为钢球、正方体,材质为轴承钢、钨钢)进行空气炮冲击制造损伤缺陷,统计分析缺陷宏观形貌及截面组织变化。探讨了不同冲击速度下制造的球形缺陷变化规律,在冲击速度达300m/s以上时会产生绝热剪切带。分析了绝热剪切带的形成原因,绝热剪切带的弹性模量(254.0GPa)及纳米硬度(11.83GPa)均高于光滑试样和缺陷试样,其中弹性模量高出4.35%,纳米硬度高出46.96%。绝热剪切带在缺陷次表面危害较大,其硬度及晶粒尺寸的不匹配会引起变形的不协调。(3)正方体弹体外物损伤产生两类缺陷:擦痕缺陷和凹坑缺陷。采用轴承正方体进行300-500m/s速度冲击制造出的擦痕缺陷与实际车轴擦伤宏观形貌较为相似,次表面无明显变化;采用钨钢正方体进行100-300m/s速度冲击可产生凹坑缺陷。冲击速度为100m/s时即可模拟出实际车轴沟槽缺陷参数。(4)S38C车轴表面对应力集中非常敏感,球形缺陷疲劳断裂机理以应力集中为主,随着冲击速度提升,疲劳断裂机理逐渐演变为应力集中、绝热剪切带失效裂纹、材料缺失、多裂纹扩展共同导致,擦痕缺陷疲劳性能仅有轻微下降。凹坑缺陷包含外物镶嵌、应力集中、次表面绝热剪切带及其失效产生的长裂纹等,疲劳性能下降明显,此速度下产生绝热剪切带,说明尖锐硬物冲击损伤情况不能单纯以冲击速度为唯一评定标准。