Page 50 - 摩擦学学报2025年第10期

第 10 期 关健, 等: 不同表面处理20CrMo与GCr15配对摩擦副的极端工况摩擦学行为研究 1447

除表面杂质和残余的润滑油. 通过光学显微镜，能够
100 ℃ 对磨斑的2D形貌和直径进行观测和分析；采用白光干
Kinematic viscosity/(mPa·s) 10 3 涉仪可以对磨损区域的磨损体积、磨痕深度和3D形貌

进行观测和分析；采用扫描电子显微镜对磨损区域的
2D微观形貌和元素成分进行观测和分析. 为保证试验

v = ω b ρsinθ a +ω c (−ρsinθ a +esinθ b ),
10 2 结果的可靠性，每组试验重复进行3次.
10 0 10 1 10 2 10 3 ω b (e−ρcosθ a )−ω c (e−ρcosθ a −ecosθ b ) (1)
Shear rate/s −1
式中： ω b 为针齿的转动角速度； ω c 为摆线轮的转动
Fig. 4 The viscosity curve of the grease under 100 ℃
角速度； θ b 为针齿相对于转臂的转动角度； 为摆
图 4 100 ℃下润滑脂的黏度变化曲线 θ a
线轮和针齿的接触角， sinθ a = √ K 1 sinθ b ,
2
摩擦磨损性能的影响. 1+ K −2K 1 cosθ b
1
1− K 1 cosθ b eZ b
长磨试验时间设置为摩擦磨损试验初期的60 min， cosθ a = √ ， K 1 = ； e为 偏 心 距 ；
2
1+ K −2K 1 cosθ b R z
1
原因是这个阶段摩擦副处于磨合期，摩擦副经历磨合 Z b 为针齿齿数； R z 为针齿中心距.
期后，表面的物理和化学状态逐渐变化(包括粗糙度
改变、表层次表层力学特性改变和表面吸附特性改变 2 结果与讨论
以及形成表面边界润滑膜等)，从而导致润滑能力相对 2.1 高载荷下的摩擦磨损试验
提高. 在该过程中，磨损率会逐渐降低并达到稳定状态， 3种摩擦副在100 ℃下长磨试验的摩擦系数随时
反映在摩擦系数上也会呈现从波动变化发展到逐渐 间的变化规律如图7所示. 图7(a)所示为FP1在不同转
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稳定 . 因此，摩擦副在运行初期的磨损率相比于磨合 速下的摩擦系数变化曲线，在最低转速和额定转速
后的磨损率更大，运行初期摩擦副的摩擦磨损结果更 下，FP1的摩擦系数在15 min后趋于稳定；当达到高转
能够反映表面热处理工艺对材料耐磨损性能的影响. 速时，初始阶段的摩擦磨损加剧，导致摩擦副的磨合
摩擦磨损试验结束后，对试样进行超声清洗以去 时间加长，FP1的摩擦系数在30 min后趋于稳定. FP2

(a)

Lower sample
Load (20CrMo disk)

Rolling
Upper sample
(GCr15 ball)
(b) 4 (c) 600 Nominal speed
Contact pressure/GPa 3 2 Heavy load Sliding velocity/(mm/s) 400 Low speed
500
High speed
300
200

0 1 Nominal load 100 0
0 150 300 450 600 0 150 300 450 600
Time/min Time/min
Fig. 5 UMT-5 friction and wear testing machine and working conditions: (a) the testing machine;
(b) the working load; (c) the working speed
图 5 UMT-5摩擦磨损试验装置：(a) 试验装置；(b) 载荷；(c) 速度