Page 31 - 摩擦学学报2025年第10期

1428 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

3.2 高速钢轧辊材料摩擦磨损行为分析 因而导致磨损率为负值. 该摩擦层由磨屑和氧化物组
摩擦系数曲线表明高速钢与Q235钢摩擦过程分 成 [19,34-35] ，主要元素除了Fe和O外，还存在V和Mo元素
为3个阶段. 在第1阶段高速钢表面存在大量高硬度的 [图13(b1~b4)]，说明摩擦过程中高速钢中的V和Mo元
碳化物，且销与盘接触面积较小，导致压力较大，在 素转移到了Q235对偶盘上. 而在高速钢销的摩擦边缘
表面形成的氧化物快速磨损，导致摩擦系数上升. 在 位置，发现了块状氧化皮，经过EDS mapping分析，该

第2阶段，摩擦接触面积增加，接触压力减小，氧化物磨 部分不含高速钢本身的V和Mo元素，推测该氧化皮来
损减慢，同时磨损由微切削向氧化膜/金属膜间对磨转 自于Q235钢. 图14所示为高速钢销和Q235盘表面的
变 ，摩擦系数下降. 第3阶段，摩擦接触面积基本不变， 拉曼图谱。结合两者图谱，可以发现其组分基本一致，
[33]
−1
−1
压力变化较小，接触面变化较小，使摩擦系数趋于稳定. 均为Fe O (226、409、1 314 cm )、Fe O (292、668 cm )
3
4
3
2
−1 [36-37]
磨损形貌显示高速钢轧辊材料主要的摩擦磨损 和V O (526 cm ) ，这也能说明高速钢销和Q235
5
2
机制为磨粒磨损和氧化磨损. 磨粒磨损的原因是高速 钢盘之间发生了材料转移. 材料转移的原因主要有
钢中碳化物的脆性碎裂和脱落导致其成为磨粒，造成 2个：(1)摩擦过程中在热和应力的作用下材料发生磨
三体磨粒磨损. 同时，在高温摩擦过程中，高速钢销和 粒磨损、氧化磨损和黏着磨损，导致高速钢的组分脱
Q235盘表面均形成氧化膜，在反复的切削和碾压下， 落至Q235钢盘表面，在Q235钢表面形成摩擦层；(2)摩
氧化膜脱落并转移到配副表面，造成氧化磨损. 擦过程中存在闪温，致使氧化温度达到700 ℃左右，
磨损率显示Q235钢盘存在负磨损现象，图13(a) 导致高速钢和Q235钢表面的氧化层脱落，互相黏附在
和(b)所示为Q235磨痕的三维形貌、表面形貌和元素 摩擦副上. 材料转移能一定程度上降低材料的摩擦和
分布图. 可以看出，磨痕表面的摩擦层明显凸起，高 磨损，但也易使轧制品混入杂质，影响轧材质量.
度高于未磨损的表面，如图13(a)所示，其厚度约为2 μm， 图15所示为高速钢样品恒温氧化试验1 h和摩擦

z/μm
(a) 0 (b) (c)
1
1.16
y/mm 2 Exfoliation Oxides
0 3 areas
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 4
x/mm
5
20 μm 50 μm
6
(b1) (b2) (b3) (b4)

20 μm 20 μm 20 μm 20 μm
O Fe V Mo
(c1) (c2) (c3) (c4)

50 μm 50 μm 50 μm 50 μm
O Fe V Mo

Fig. 13 SEM, EDS and 3D profile of the friction layer: (a) 3D profile of Q235 wear track; (b) surface morphology of Q235 friction
layer; (c) HSS pin friction surface; [(b1~b4) EDS mapping of the Q235 steel friction layer;
(c1~c4) EDS mapping of HSS pin surfaces]
图 13 摩擦层表面SEM照片、EDS照片和三维轮廓图：(a) Q235磨痕三维轮廓图；(b) Q235摩擦层表面形貌；
(c) 高速钢销磨损形貌；(b1~b4) Q235钢摩擦层表面的EDS照片；(c1~c4) 高速钢销摩擦表面的EDS照片