Page 112 - 《摩擦学学报》2020年第4期

522 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

1 630 损伤区更宽，所以对条形试样损伤区B侧取样. 为满足

扫描电镜观察要求，试样尺寸为30 mm×15 mm×12 mm.
为去除试样表面的油垢，采用丙酮对其进行清洗.
860 200 此后，采用激光共聚焦显微镜(CLSM)对微动损伤区

进行观察. 如图5(a)所示，将切割得到小试样的轴向平
mm 行于CLSM的X轴方向，最右端为接触最边缘. 根据表

面形貌，可以将损伤区分为三部分. 其中，I区最窄，宽
Fig. 1 The shape and dimensions of axle and wheel
图 1 试验轮轴形状及尺寸 度约为0.7 mm，表面几乎观察不到氧化磨屑. II区宽度
约为2.7 mm，表面主要有锈红色和黑色两种磨屑，靠
近I区处颜色偏锈红色，靠近III区处则呈现出黑色.
Electric motor
Clutch III区表面特征较I、II区差别大，仅有轻微划痕，并呈现
Imbalanced mass 出一定规律性，推测为机械加工留下的痕迹. 图5(b)所
示为损伤区的几何形貌，可以看出微动磨损明显改变
Axle
Wheel 了接触边缘的几何形貌，越靠近接触最边缘磨损越严
Clamping plate
重，而接触区内部几何形貌则无明显变化. 对于整个
Foundation 轮座，小试样表面包含损伤区的截面轮廓仅占很小一
部分，为了使所得表面磨损轮廓更精确，测量每个小
试样上不同位置磨损后的几何形貌，最后对所有截面

Fig. 2 Cantilever eccentric resonance fatigue testing machine
进行叠加，取平均轮廓代表整个车轴磨损后的轮廓.
图 2 悬臂式偏心共振疲劳试验机
如图6所示为扫描电镜(SEM)下表面微观形貌总
的两端分别存在A、B两个微动损伤区，其中损伤区 图，根据其形貌特征可以分为3个区，各区沿轴向呈现
B较宽，约为20 mm. 两损伤区沿车轴轴向分布，呈现 出带状分布，宽度与CLSM下观察的基本一致. I区轴
出带状的特征，损伤较为均匀. 对损伤区B进行细致观 向宽度约为1 mm，在距接触最边缘0.1 mm处存在许
察，如图3(b)所示，由接触最边缘到微动区内侧，损伤 多尺寸大小不一的腐蚀坑和材料剥落，如图7(a)所示.
区由锈红色逐渐转为黑色，且表面特征变化明显，损 在距接触最边缘0.5 mm处，表面较为粗糙，存在少量
伤程度也逐渐减轻. 片状磨屑和斜向相互交错的划痕，磨损深度较深，如
2.2 损伤观察与分析 图7(b)所示. 根据I区特征判定其主要的磨损形式为磨
观察用小试样制备过程如图4所示. 采用线切割 粒磨损.
机对车轴进行切割，沿车轴周向等角度取4个包含微 如图7(c)，对I区进行EDS能谱分析. 除了其本身
动损伤区的条形试样. 由于车轴损伤区B损伤更严重， 所含的C、Fe、Mn等元素外，出现了O元素峰值，其主

B
A

(a) Macroscopic appearance of axle wheel seat (b) Partial enlargement of damage zone B

Fig. 3 Axle damage appearance
图 3 车轴损伤形貌