Page 122 - 《摩擦学学报》2020年第3期

388 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

45 0.5 形貌. 图3(a)为现场磨石打磨前后表面形貌，打磨前磨
1.4 Friction coefficient
40
Grinding volume 料被结合剂均匀包覆，打磨后结合剂脱落，磨料充分
1.2 Grinding ratio 35 0.4 外露. 由图3(b)可知，磨石GS-10试样，试验前表面磨粒
Grinding volume/g 0.8 25 Grinding ratio 0.3 Friction coefficient, μ 形成三维空间骨架，磨粒表面被结合剂均匀包覆，磨
1.0
30
20
粒之间通过结合剂粘连，磨粒出刃效果良好；在磨削
0.6
0.2
15
0.4
步外露形成具有切削能力的“切削刃”，同时部分外露
0.0 10 0.1 载荷的作用下，磨石表面结合剂部分脱落，磨粒进一
5
0.0 0 0.0 的磨粒破碎后露出锋利的切削刃，使磨石磨削能力得
GS-F GS-10 GS-12.5 GS-15
The different grinding stones 到进一步提升. 从图3(c)可以看出，GS-12.5磨石试样

Fig. 2 The grinding volume, friction coefficient and grinding 表面磨料形成的骨架被结合剂进一步填充，磨料出刃
ratio of different grinding stones
效果较差；打磨之后，磨石表面结合剂部分脱落，切削
图 2 不同磨石打磨钢轨过程中的界面摩擦系数、 刃外露数减少. 图3(d)显示：GS-15磨石试样磨石表面
打磨量和磨削比
的磨料基本被结合剂覆盖，磨粒不能外露；打磨后磨
的滑动摩擦力构成. 图2显示GS-10、GS-12.5和GS- 石表面结合剂脱落较少，因而只有极少数微小的磨料
15与钢轨的界面平均摩擦系数分别为0.35、0.34和0.12， 刃尖外露起到切削作用；由于磨石与钢轨的反复滑动
平均摩擦系数随着磨石强度的增强而下降，特别是 接触，在磨石表面形成了划痕. 磨石表面形貌表明，当
GS-15相对于GS-12.5降幅64.7%. 磨粒和结合剂在摩 磨石的结合强度提高时，结合剂对磨料的把持力增
擦界面暴露的面积比决定了钢轨/磨石界面的摩擦系 强，打磨过程中结合剂不易脱落，导致磨料不能外露，
数. 结果显示随着磨石强度的增强，摩擦系数呈下降 进而使磨石的磨削能力下降. 因而，在打磨过程参与
趋势，表明磨粒和结合剂在摩擦界面暴露的面积比变 磨削的切削刃数量也随着磨石强度的增强而减小，这
小，磨石中参与磨削的磨料数量在下降. 现场磨石与 也进一步解释了磨石-钢轨界面平均摩擦系数随着磨
自制磨石相比，兼具优良的磨削效率、耐磨性，对自制 石强度的增强而下降的原因.

磨石性能的提升具有重要参考价值. 2.3 钢轨表面形貌及元素化学状态分析
2.2 磨石表面形貌分析 钢轨试样打磨前后表面三维形貌和粗糙度，如图4
采用体视显微镜观察磨石试样打磨前后的表面 所示. 从图4(a)中可以看出，钢轨试样表面预先经过抛

Initial surface
Binding agent

Abrasive

2 mm 2 mm 2 mm 2 mm

Ground surface
Abrasive
Cutting edge
Pore Scratch

Cutting edge
Cutting edge
Abrasive

2 mm 2 mm 2 mm 2 mm
(a) GS-F (b) GS-10 (c) GS-12.5 (d) GS-15

Fig. 3 The surface morphologies of the GSs before and after grinding
图 3 不同强度磨石打磨前后表面形貌