Page 55 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 孙林宇, 等: 在线淬火低合金高强马氏体耐磨钢滑动磨损性能 1309

般而言，磨损失重随着材料硬度的增加而降低，与本文 形貌的SEM照片以及90 N载荷下EDS结果. 当载荷为
中的结果一致. 由图3(b)可见，随着磨损的进行，1#钢 10 N时，磨损表面主要是犁沟和疲劳磨损；当载荷增
和2#钢的单次周期磨损量有下降趋势，在高载荷下单 加至50 N时，磨损表面出现撕裂和氧化物；当载荷继
周期磨损量的下降幅度远大于低载荷下单周期磨损 续增加至90 N时，磨损表面较为光滑，且从EDS结果
量下降幅度. 这是由于随着磨损的进行，试样表面产 可以看到氧化程度增加，在磨损剧烈的犁沟附近分布
生了加工硬化，形成了硬化层减缓了试样表面的磨损； 着点状的氧化物. 在磨损过程中，坚硬的SiC颗粒在法
同时与低载荷(10和50 N)磨损试样相比，高载荷磨损 向应力作用下被压入表面，随后，不同嵌入深度的磨

试样的磨损剧烈，表面易形成更为致密的硬化层，提 料在切向力的作用下对材料表面进行不同的切割，从
高试样的磨损抗力，从而在单周期中，高载荷磨损试 而产生了不同深度和宽度的犁沟，脱落的磨屑作为第
样的磨损量下降幅度更大. 三体磨粒加入了接触表面，也会在表面产生犁沟. 在
为了更直观地比较1#钢和2#钢的耐磨性，采用公 低载荷条件下，磨损表面犁沟宽度增加并出现明显的
式(1)计算了2个钢种在不同载荷下的相对耐磨性ε. 结 疲劳磨损带，此时，磨损表面呈现出磨粒磨损的特征.
果表明，2#钢相对于1#钢在10、50、90 N下的相对耐磨 当载荷增大时，磨损表面沿滑动方向也存在犁沟和微
性分别为0.95、0.98和0.86，表明1#钢与2#钢在较低载 切削痕迹，但犁沟较窄且深度较大，同时部分区域还
荷下(10 N和50 N)的耐磨性相似，两者相对磨损程度 存在撕裂的毛刺和高温产生的氧化物，这些现象表
差异仅为3%~5%，但2#钢在较高载荷下(90 N)更耐磨， 明，在高载荷下磨损机理主要涉及黏着磨损和氧化磨
当硬度增加约7%时，磨损程度可减缓13.6%，是硬度 损. 较高载荷会导致干滑动摩擦下的温升更高，从而
增量的1.9倍. 在摩擦副接触点产生金属黏着，减少了磨粒磨损. 同
时，增加的载荷也促使磨损表面发生氧化反应，生成
M 2#
ε = (1)
的氧化膜对磨损表面起到保护作用，逐渐减弱了磨粒
M 1#
式中：M 和M 分别为1#钢和2#钢在不同载荷下的累 磨损的影响. 因此，随着载荷的降低，磨损机理从原先
1#
2#
计磨损质量损失. 的氧化磨损和黏着磨损相结合转变为以磨粒磨损和
[16]
2.3 磨损形貌 黏着磨损为主要方式 . 此外，1#钢由于硬度较低，其
图4所示为1#钢和2#钢在不同载荷下的磨损表面 表面撕裂的毛刺较多且分布密集，并且观察到少量的

(a) (b) (c)
Oxidation
Tear Furrow 1 μm
Fatigue wear
Furrow Tear Furrow

4 μm 4 μm 4 μm

(d) Fatigue wear (e) (f)

1 μm
Furrow Furrow
Oxidation
Oxidation
Furrow

4 μm 4 μm 4 μm

Fig. 4 SEM micrographs of the worn morphologies of 1# and 2# steels under different loads: (a) 1#-10 N; (b) 1#-50 N; (c) 1#-90 N;
(d) 2#-10 N; (e) 2#-50 N; (f) 2#-90 N
图 4 不同载荷下1#钢和2#钢表面磨损形貌的SEM照片：(a) 1#-10 N；(b) 1#-50 N；(c) 1#-90 N；(d) 2#-10 N；
(e) 2#-50 N；(f) 2#-90 N