Page 17 - 摩擦学学报2025年第8期
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第 8 期                黄元宝, 等: 2种高铬马氏体不锈钢与浸锑石墨配副的摩擦磨损行为研究                                     1115

            化工泵一回路系统中，定期检查发现长时间服役后端                            擦磨损试验考察铬钢与浸锑石墨配副的摩擦学行为，
            面磨损轻微且贴合紧密，介质泄漏量仍保持在许可范                            试验参数列于表1中. 往复滑动模式的上试样为浸锑
            围以内，表现出优异的使役性能. 该进口Cr合金密封                          石墨弧面试样，下试样为高铬马氏体不锈钢块状试
                                     [27]
            环材质为高铬马氏体不锈钢 ，具体牌号未知. 为此，                          样，润滑介质为厂家提供的32#机械油. 旋转模式的上
            本研究中选用与该进口Cr合金密封环材料力学性能                            试样为浸锑石墨圆柱销平面样块，下试样为国产9Cr18

            接近的2种国产马氏体不锈钢9Cr18和9Cr18MoV，考                      和9Cr18MoV盘形试样，分别在油润滑和干摩擦2种工
            察其与浸锑石墨配副的摩擦磨损性能，旨在为高性能                            况下进行摩擦磨损试验. 试验前依次采用1 000目、
            铬钢密封环的国产化选材提供数据支撑和技术储备.                            2 000目和3 000目砂纸，在去离子水润滑下对上试样

                                                               浸锑石墨销进行预磨处理，以保证上、下试样良好贴
            1    试验部分                                          和. 试验在温度为25 ℃和相对湿度为40%的环境下进

            1.1    试验材料                                        行，每种工况下的摩擦磨损试验重复3次. 试验后在
                进口Cr合金试样取自厂家提供的密封环，受尺寸                         LCSM上观察磨损表面形貌，并使用LCSM自带的分
            限制，加工成块状试样；国产9Cr18和9Cr18MoV块状                      析软件对样品表面粗糙度和磨损轮廓等信息进行分
            和盘形试样均购自苏州佰轩策金属材料有限公司. 浸                           析处理. 使用EDS对试样表面进行化学成分分析.

            锑石墨取自厂家提供的密封环，加工成弧面和平面
            2种试样. 3种铬钢试样在水冷下经400目、800目、                        2    结果与讨论

            1 000目、2 000目和3 000目砂纸逐级打磨后，依次用                    2.1    材料成分、结构和力学性能
            5.0、2.5、1.0、0.5 μm的金刚石抛光膏抛光至表面粗糙                       图2所示为3种不锈钢的XRD谱图(图中Cr alloy
            度R ≤0.02 μm，经无水乙醇超声清洗后晾干备用. 试                      代表进口Cr合金). 可以看到，3种不锈钢均检测到位
                a
            样表面硬度和弹性模量使用G200型纳米力学测试系                           于44.5°、64.5°、82.0°和98.4°的马氏体(α)特征晶面
            统进行测量，最大压入载荷为2 N，加载时间和保载时                          (110)、(200)、(211)和(220)衍射峰，位于42.0°、51.1°、
            间分别为15 s和2 s，每种材料测试3个试样，每个试样                       76.2°和90.4°的奥氏体(γ)特征晶面(111)、(200)、(220)
            表面测试5个值.                                           和(331)衍射峰，以及位于48.5°的M C 型碳化物特征
                                                                                             23 6
                为探究3种马氏体不锈钢晶粒大小差异，采用马                          晶面(440)衍射峰 ，其中马氏体特征峰强而尖锐，奥
                                                                              [28]
            氏体不锈钢晶粒度试剂，使用棉签蘸取并涂覆样品表                            氏体和碳化物特征峰则明显较弱. 可见，3种不锈钢均
            面，腐蚀时间为3~10 s，结束后使用清水冲洗干净并干                        主要由马氏体晶体以及少量奥氏体晶体和碳化物晶
            燥. 使用VK-X1000型激光共聚焦扫描显微镜(LCSM)、                    体组成.
            Apreo 2C型扫描电子显微镜(SEM)、Xplore30型能谱                      图3所示为3种不锈钢金相组织形貌的LCSM照片
            仪(EDS)、Empyrean Alpha 1型X射线衍射仪(XRD)和               及晶粒粒径分布图. 可以看到，3种不锈钢的微观组织
            PHI-5000Versaprobe III型X射线光电子能谱仪(XPS)对             均由残余奥氏体组织及大小不同的亮白色组织构成.
            样品表面形貌和化学成分进行表征，并用Nano Measure                     晶粒粒径统计结果显示，进口Cr合金与9Cr18MoV的
            和Image J软件统计晶粒大小和含量占比.                             晶粒尺寸较为均匀，主要分布在6~18 μm的范围内，平

            1.2    摩擦磨损试验                                      均粒径分别为12.14 μm和10.73 μm，而9Cr18的晶粒尺
                在UMT-TriboLab多功能摩擦磨损试验机上，采                     寸则较为分散，存在粒径大于25 μm的粗大晶粒，平均
            用球-面接触往复滑动模式和销-盘接触旋转模式的摩                           粒径为14.39 μm.


                                                   表 1    摩擦磨损试验参数
                                          Table 1    Test parameters for friction and wear
                 Circumstance      Movement mode      Linear velocity/(m/s)  Contact stress/MPa   Test time/s
                                    Reciprocating           0.1                  100               10 000
                 Oil lubrication                            1.0             1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0  3 600
                                     Rotation
                                                      0.4, 0.7, 1.0, 1.3, 1.6    3.0               3 600
                                    Reciprocating           0.1                  100               10 000
                  Dry friction
                                     Rotation               1.0                  2.0               3 600
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