Page 27 - 摩擦学学报2025年第10期

1424 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

(a) (b)

Cr 7 C 3 /Mo 2 C

V 2 O 5
VC

Fe 2 O 3
10 μm 10 μm

(c) (d)

CaCO 3
Cracks

Cr 7 C 3 /Mo 2 C Fe 2 O 3

10 μm 10 μm

Fig. 6 SEM micrographs of HSS after oxidation: (a) isothermal oxidation 1h; (b) isothermal oxidation 10 h;
(c) cyclic oxidation 12 cycles; (d) cyclic oxidation 120 cycles
图 6 高速钢氧化后的SEM照片：(a) 恒温氧化1 h；(b) 恒温氧化10 h；(c) 循环氧化12次；(d) 循环氧化120次

基体的结合强度，超过该值则氧化层从基体上开始剥 Q235之间的高温摩擦学性能如图10所示. 由摩擦系数
离. 恒温氧化的LC2临界载荷较低，而循环氧化的 曲线[图10(a)]可以看出：在摩擦初始阶段摩擦系数有
LC2临界载荷较高，这是由于在循环氧化过程中，冷 短暂的上升，达到峰值后(第1次试验和第2次试验均
却水的加入，在加热过程中形成水蒸气从而降低氧化 在220 s附近)开始下降，并在约1 600 s后保持稳定. 根
过程中的氧分压，抑制Fe O 的形成，而促进Fe O 的 据摩擦系数曲线，可以将摩擦过程分为3个阶段：(1)摩
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2
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形成. Fe O 和Fe O 的PBR(Philling-Bedworth Ratio)分 擦系数快速上升阶段；(2)摩擦系数下降阶段；(3)摩擦
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3
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别为2.5和2.54，PBR较低的氧化物具有较高的压应 系数稳定阶段. 在600 ℃下，高速钢销与Q235盘的摩
力，不容易脱落，循环氧化过程产生较多的Fe O ，使 擦系数约为0.47，高速钢销的磨损率平均值为1.855×
3 4
氧化层与基体的黏附性增强 [28] ，所以其临界载荷 10 g/(N·m)，如图10(b)所示；而Q235钢盘的磨损率平
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3
−7
LC2增大. 临界载荷LC3代表完全划穿氧化层所需应 均值为−1.496×10 cm /(N·m)，如图10(c)所示.
力的大小，循环氧化的LC3临界载荷较高，说明划穿 2.6 磨损形貌和磨损机理分析
循环氧化层需要更大的力，这是由于随着循环氧化的 摩擦试验后，高速钢销表面的XRD、SEM和EDS
进行，氧化层表面的CaCO 厚度增加，氧化层中的 分析如图11所示. 可以看出，摩擦试验后高速钢表面
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Fe O 含量和膜厚度增加，导致划痕试验中划穿膜所 磨损产物与恒温氧化产物基本相同，除Fe基体和碳化
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需的载荷增加，临界载荷LC3也因此增加. 但由于 物外，还有Fe O 、Fe O 和V O 氧化物[图11(a)]. 高速
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2
CaCO 和裂缝的存在，延长循环氧化时间会造成氧化 钢销表面依旧能清晰地观察到灰色呈团状的VC，
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膜完整性破坏，甚至氧化膜整体脱落. 当恒温氧化2 h 白色呈鱼骨状的Mo C和Cr C 、灰色的Fe O 和浅灰色
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2
以下和循环氧化24次以下时，因为膜厚度较薄，通过 的基体[图11(b)]. 在摩擦接触过程中，因为摩擦热和
[29]
划痕试验无法辨别各项数值，所以此处不进行讨论. 反应热 的存在，导致闪温的产生，从而加剧高速钢
2.5 摩擦学性能研究 销的氧化，使其形成的氧化层容易剥离，基体也容易
本文中所考察的高速钢轧辊材料与1种常见轧材 暴露在外，如图11(b)所示. 同时，高速钢表面能明显观