Page 52 - 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 1449

Low speed Z/μm Nominal speed Z/μm High speed Z/μm
(a) 0.5 (b) 0.5 (c) 5
−0.1 −0.3 1
−0.7 −1.1 −3
0 0 0
GCr15 200 800 −1.3 200 800 −1.9 200 800 −7
(FP1) 400 600 −1.9 400 600 −2.7 400 600 −11
600 200 400 X/μm −2.5 Y/μm 600 200 400 X/μm −3.5 Y/μm 600 200 400 X/μm −15
Y/μm
800 0 −3.1 800 0 −4.3 800 0 −19
−3.7

Low speed Z/μm Nominal speed Z/μm High speed Z/μm
1.3 0.7 Furrow 3
(d) 0.5 (e) Furrow −0.1 (f)
−0.3 −0.9 −1
0 −1.1 0 0 −5
GCr15 200 800 −1.9 200 800 −1.7 200 800
(FP2) 400 600 400 600 −2.5 400 600 −9
600 400 X/μm −2.7 Y/μm 600 400 X/μm −3.3 Y/μm 600 400 X/μm −13
Y/μm
800 0 200 −3.5 800 0 200 −4.1 800 0 200 −17
−4.3
Low speed Z/μm Nominal speed Z/μm High speed Z/μm
1.3
0.6
0.7
(g) 0.7 (h) 0.0 (i) −0.1
0.1 −0.6 −0.9
0 −0.5 0 −1.2 0 −1.7
200 800 −1.1 200 800 −1.8 200 800 −2.5
GCr15 400 600 400 600 −2.4 400 600
(FP3) −1.7 −3.3
600 400 X/μm −2.3 Y/μm 600 400 X/μm −3.0 Y/μm 600 400 X/μm −4.1
200 200 −3.6 200
Y/μm
800 0 −2.9 800 0 −4.2 800 0 −4.9
Fig. 8 Three-dimensional topography micrographs of GCr15 ball after 60 min frictional test under heavy load:
(a) FP1+low speed; (b) FP1+nominal speed; (c) FP1+high speed; (d) FP2+low speed; (e) FP2+nominal speed;
(f) FP2+high speed; (g) FP3+low speed; (h) FP3+nominal speed; (i) FP3+high speed
图 8 GCr15球在高载荷下长磨60 min后表面三维形貌照片：(a) FP1+最低转速；(b) FP1+额定转速；(c) FP1+高转速；
(d) FP2+最低转速；(e) FP2+额定转速；(f) FP2+高转速；(g) FP3+最低转速；(h) FP3+额定转速；(i) FP3+高转速

[35]
磨斑直径仅增长到333 μm. 结合图8和图9的接触区域 了表面的磨粒磨损 . 从图11中展示的3种热处理工
微观形貌结果，在最低转速和额定转速下，FP1和FP3 艺20CrMo下盘的磨痕形貌，可以看出在最低转速和
中的GCr15球的耐磨损性能更好；在高转速下，FP3中 额定转速下，3种热处理工艺的20CrMo盘的磨痕宽度
的GCr15球耐磨损性能优于FP1和FP2. 图9中GCr15球 相差不大，都在290~310 μm之间. 在高转速下，FP1和
的磨斑上出现了明显的残留摩擦反应物，说明3组摩 FP2盘的磨痕宽度大幅增加，FP3的下盘磨痕宽度仅增
擦副在相对滑动过程中生成了摩擦反应膜，摩擦反应 加到328 μm，因此磨损程度是3种热处理工艺下盘中
膜有助于表面耐磨性的提升和磨损的抑制 [32-33] . 最低的，表明高转速下FP3的20CrMo下盘耐磨性能更
在设备运转过程中，摩擦副接触面产生的磨粒会 好. 结合图10与图11的观测结果可得：3种热处理工艺
填充在摩擦副的间隙中，对20CrMo下盘表面造成进 的下盘在不同转速下均出现了明显的犁沟痕迹，说明
[34]
一步的犁削 . 在达到额定转速后3组摩擦副表面均 发生了明显的磨粒磨损；3种热处理工艺的下盘在最
出现了磨削产生的犁沟，如图10和图11所示，表明磨 低转速和额定转速下，磨痕宽度均没有明显的差距；
粒磨损为主要的磨损形式. FP3中的20CrMo盘表面犁 在高转速下，FP1和FP2的下盘磨痕宽度和深度相比于

沟的深度相对较浅，原因是在这种热处理条件下，高 其他转速明显增大，材料表面发生了严重的材料去
浓度的C元素和N元素的渗入改变了表层和次表层的 除，FP3下盘表面的磨痕无明显变化.
微观组织，生成了细化的针状氮化物，减少了微观组 采用白光干涉仪对GCr15球和20CrMo盘进行磨
织结构的晶界数量，在磨损过程中磨粒与基体材料之 痕深度和磨损量的测试，GCr15球的磨损深度和磨损
间的压力分布更加均匀，从而弱化了犁削作用，减少 量的计算流程如下.