Page 65 - 《摩擦学学报》2021年第2期

210 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

出，最终导致细丝径接触表面呈现出黏着磨损严重、 之减小，摩擦副表面形成的磨屑细小且易排出，进而
片状剥落明显的磨损形貌. 同时，磨屑的增多会在接 导致在载荷为10~20 N情况下粗丝径摩擦系数的变化
触表面起到润滑的作用，呈现出摩擦系数较小的现象. 幅值较小.
而针对粗丝径而言，其表面接触应力较小，磨损深度 通过图3总结得出，无论是摩擦系数还是磨损深
较浅，应力在接触表面分布均匀使得表面产生的磨屑 度，载荷参数的改变对不同丝径不锈钢丝摩擦系数和
细小且易于排出，导致了粗丝径接触表面黏附现象较 磨损深度的影响都较小，而为了进一步深入探究在不
轻，而磨屑排出也同时导致了粗丝径接触表面之间直 同载荷情况下丝径对磨损深度的影响规律，拟合得到
接发生金属间的摩擦，使其摩擦系数较大，最终呈现 磨 损 深 度 与 丝 径 的 曲 线 图 (图 5)， 拟 合 关 系 式 为
2
出不锈钢丝随丝径增大摩擦系数逐渐增大，磨损深度 H max =A-B d+B d ，列不同载荷下的拟合公式列于表2中.
1
2
逐渐减小的现象.

160
通过分析丝径之间磨痕接触面积的变化，还可以 10 N
140 15 N
发现，随着丝径的增大，磨痕接触面积的差距也在逐 20 N
10 N fitted curve
120 15 N fitted curve
渐减小，这一现象说明在同载荷下，随着丝径的增大， 100 20 N fitted curve
丝径间接触面积逐渐接近，实际接触面积的相近导致 80
了粗丝径不锈钢丝之间磨屑的产生、排出情况和磨损 Wear depth/μm 60
情况在不断接近，导致不锈钢丝呈现随着丝径的增
40
大，其摩擦系数和磨损深度增大或减小趋势逐渐趋于 20
平稳的状态. 0

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
2.2 载荷对不同丝径不锈钢丝摩擦磨损行为的影响 Wire diameter/mm
在多种摩擦磨损试验中，接触载荷是影响摩擦磨 Fig. 5 Fitting curve of wear depth with wire diameter
损的重要参数 [20-21] ,所以本节中探究了载荷因素对不 图 5 磨损深度随丝径变化拟合曲线

同丝径不锈钢丝摩擦磨损行为的影响规律，根据图3(a)
表 2 各载荷下磨损深度曲线拟合公式
可以看出，同载荷条件下，不同丝径不锈钢丝的摩擦
Table 2 Fitting formula of wear depth curve under each
系数均呈现随丝径的增大而逐渐增大，并逐渐趋于稳 load
定的规律；但随着载荷的增大，相同丝径不锈钢丝其 Load Curve-fitting Regression
摩擦系数是逐渐降低的，且粗丝径不锈钢丝摩擦系数 10 N H max =156.177-258.702d+117.012d 2 0.965
随载荷变化的幅值明显小于细丝径. 由图3(b)中可以 15 N H max =236.310-320.545d+133.910d 2 0.984
看出，同载荷下不同丝径不锈钢丝磨损深度均呈现随 20 N H max =247.558-321.543d+131.196d 2 0.964
着丝径的增加而减小并渐趋于稳定的规律；随着载荷
2
的增大，相同丝径不锈钢丝磨损深度增大，但随着载 由表2拟合公式H max =A-B d+B d 的参数变化可以
1
2
看出，A代表各载荷下与丝径无关的磨损深度，其随载
荷增大磨损深度增加的幅值逐渐降低.
同丝径不锈钢丝摩擦系数随载荷增大逐渐降低、 荷的增大而增大，B 是与丝径有关的系数，取载荷为
1
参数G，载荷系数为A ，使得A=A G，B 和B 是与丝径
磨损深度逐渐增大的现象，这是由于当载荷增大时， 1 1 1 2
接触载荷的增加快于接触面积的增加，即实际接触面 有关的系数，对拟合公式进行整合得：
积的增加并不与接触载荷成正比，导致细丝径接触应 H max = A 1 G − B 1 d + B 2 d 2 (2)
力随载荷增大而增大，接触应力的增大会引起摩擦热 式 中 ： A =14.109±1.010； B =289.127±57.034； B =124.502±
1
1
2
的大量产生，削弱氧化膜与金属面之间的结合强度， 24；H max 为磨损深度，单位μm；d为丝径，单位mm；G为
从而导致氧化膜的剥落，磨损量就会随着载荷的增大 载荷，单位N.
而增大，同时氧化物堆积且不易排出，形成转移膜利 不锈钢丝的磨损深度随丝径变化的二次拟合关
于润滑，进而导致细丝径不锈钢丝的摩擦系数随载荷 系表明，当载荷为10~20 N，丝径Φ0.4~Φ1.2 mm范围
的增加而逐渐降低 [21-23] . 而粗丝径磨痕的接触面积在 内，同样磨损距离下，不锈钢丝的磨损深度是随着丝
接触载荷增加的同时，其面积也在逐渐增大，这时接 径的增加非线性降低，并逐渐趋于平稳，但也不排除
触载荷的增加与接触面积的增加幅度相近，即接触应 在高载荷下磨损深度值突变的情况. 当d较小时，公式
力增加幅值较小，导致粗丝径的磨损深度增大幅值随 中的第三项可以忽略，即同载荷、小丝径下，磨损深度