Page 19 - 摩擦学学报2025年第8期

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 1117

Fe Fe Fe

10 μm 10 μm 10 μm 10 μm 10 μm 10 μm
C Cr C Cr C Cr

10 μm 10 μm 10 μm 10 μm 10 μm 10 μm

(a) (b) (c)
100 20
Cr alloy 9Cr18 9Cr18MoV
80 15
Percentage/% 60 0.84±0.39 μm 0.91±0.44 μm 2.10±0.43 μm Percentage of carbide/% 10

40

20 5

0 0
0.0 1.0 2.0 3.0 0.0 1.0 2.0 3.0 0.0 1.0 2.0 3.0 Cr alloy 9Cr18 9Cr18MoV
Diameter/μm Samples
(d) (e)

Fig. 4 EDS elemental distribution and carbide particle size distribution and proportion on the surface of three stainless steels:
(a) Cr alloy; (b) 9Cr18; (c) 9Cr18MoV; (d) carbide particle size distribution; (e) the proportion of carbide
图 4 3种不锈钢表面EDS元素分布与碳化物粒径分布及占比：(a)进口Cr合金；(b) 9Cr18；
(c) 9Cr18MoV；(d)碳化物粒径分布图；(e)碳化物体积占比

12 400 的平均摩擦系数无显著性差异，均约为0.19. 与进口

Hardness
Elastic modulus Cr合金和9Cr18MoV试样表面相比，9Cr18试样表面的
9 P=0.310 P=0.071 300 摩擦系数进入稳态阶段所需的往复滑动接触时间更
Hardness/GPa 6 200 Elastic modulus/GPa 长(约>5 000 s)，平均摩擦系数更高(约0.21). 3种不锈
钢试样表面均出现黑色磨斑，局部区域高于未磨损区

3 100 域，磨损轻微，如图10所示.
2.3 旋转运动下的摩擦磨损行为
考虑到密封环服役过程中运动形式主要为旋转
0 0
Cr alloy 9Cr18 9Cr18MoV 运动，采用销-盘式旋转磨损试验进一步研究对比了不
Samples
同接触应力与运动速度下9Cr18和9Cr18MoV这2种不
Fig. 5 Hardness and elastic modulus of three stainless steels
锈钢的摩擦磨损行为，选择浸锑石墨作为摩擦对偶，
图 5 3种不锈钢的硬度和弹性模量
32#机械油作为润滑介质. 图11所示为线速度为1.0 m/s
现显著隆起，这表明磨损表面发生明显塑性变形. 可 时，不同接触应力下2种不锈钢试样表面的摩擦系数
见，在油润滑工况下，与9Cr18相比，9Cr18MoV与进口 曲线和平均摩擦系数. 在所有接触应力下，9Cr18MoV

Cr合金的磨损行为更为相近，且摩擦系数更低. 试样表面的摩擦系数曲线波动均小于9Cr18试样表面.
图9所示为干摩擦条件下3种不锈钢的摩擦系数 随着接触应力的增大，2种不锈钢试样表面的平均摩
曲线和平均摩擦系数. 可以看到，9Cr18MoV试样表面 擦系数均略有降低. 9Cr18MoV试样表面的平均摩擦
的摩擦系数变化规律与进口Cr合金十分相似：在约200 s 系数始终低于或等于9Cr18试样表面的平均摩擦系
的跑合阶段，摩擦系数从约0.24迅速降低至约0.14，随 数，更符合机械密封对密封件服役期间低摩擦的要求.
后缓慢增大，经过约2 000 s往复滑动接触后基本稳定. 图12(a~c)所示为不同接触应力下2种不锈钢试样
统计学分析显示，9Cr18MoV和进口Cr合金试样表面 磨损表面形貌的LCSM照片和磨损区域的表面粗糙