铸造高锰钢辙叉在实际服役过程中，承受来自车轮的反复滚压、撞击，经常出现严重的循环塑性变形及由此引起的滚动接触疲劳失效。随着铁路运输不断向高速、重载、大密度方向发展，对高锰钢辙叉的使用寿命提出了更高的要求。以前，人们对铸造高锰钢疲劳性能的研究主要集中在疲劳裂纹的萌生，而对其疲劳裂纹扩展行为的研究还很少。首先，本文研究了辙叉用高锰钢（Mn13）在不同应力比（R）下的疲劳裂纹扩展（FCG）行为。结果表明，高R时Mn13的疲劳裂纹扩展门槛值比低R时的要小；且在近门槛区Mn13钢与孪晶诱发塑性钢（0.6C22Mn）相比，表现出更好的疲劳裂纹扩展抗力。分析认为，塑性诱发和粗糙度诱发的裂纹闭合是造成Mn13钢（特别是在低R时）高疲劳门槛值的主要原因，尤其Mn13钢本身粗大的奥氏体晶粒具有促进裂纹闭合的作用。采用同步辐射X射线CT技术，研究了辙叉用高锰钢内部裂纹的三维扩展。文中介绍了一种测量局部裂纹长度(L)、偏折角度(θ)和裂纹尖端张开位移(CTOD)的方法。结合裂纹三维复杂形貌观察，分析了随着载荷的增加不同截面处裂纹各个参量的变化。结果表明，裂纹前沿曲折，存在很多凹陷和凸出；在大多数截面处凸出（较长）裂纹没有发生明显扩展的情况下，某些凹处的裂纹显示出较快扩展。裂纹前沿不同位置处铸造微孔洞在裂纹扩展的不同时期对裂纹扩展产生不同（加速或减缓）的影响。最后，利用ANSYS软件，建立了基于三维画像的有限元模型，计算了考虑三维复杂裂纹与孔洞形貌的实际裂纹应力应变场。结果表明，不同截面处的裂纹尖端呈现不同的应力/应变分布。裂纹前缘应力/应变集中主要位于凹处而不是凸处。位于裂纹前沿不远处的微孔洞增强裂纹尖端应力/应变场；多裂纹重叠减弱各裂纹尖端处应力/应变集中的程度，表明裂纹之间的屏蔽作用。模拟结果与CT实验所得结果能够相互验证。