Page 56 - 摩擦学学报2025年第9期
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1310 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷
裂纹形成，同时犁沟宽度较宽，深度较深；而2#钢的硬 对图5中1#钢和2#钢变形区深度进行统计，结果
度较高，磨料颗粒嵌入磨损表面深度较浅，在切应力 如图6所示. 可以看出，变形层厚度与外部施加的载荷
的作用下表面呈现出较为光滑的形貌，同时随着载荷 及材料的硬度有关，变形层深度随载荷的增加而逐渐
的增加，磨粒磨损的影响逐渐降低，表面的磨痕和犁 增加，但随硬度的增加而减少. 文献[21]中指出，法向
皱强度减少，最终趋于消失. 载荷的增加会导致塑性变形层深度的增加，且载荷的
磨损发生的同时，接触表面下次表层的塑性变形 增加可能会使塑性变形层厚度增加2~3倍，本研究中
行为随之发生，图5所示为1#钢和2#钢在不同载荷下 与这一发现所得结论一致. 在较低载荷条件下，塑性
的磨损截面形貌的SEM照片. 以1#钢在90 N的磨损形 变形层深度约为2~3 μm；而在载荷增大时，1#钢形成
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貌为例，可以观察到磨损次表层出现了分层现象 ， 了SPDL层，其深度约为0~0.5 μm，并且在高载荷作用
在离磨损表面非常近的位置形成了SPDL层，如图5(b) 下，整个塑性变形层的厚度可达到7.1 μm. 由于1#钢
中箭头所示，这一层中的马氏体板条非常细小且平行 硬度较低，抵抗表层变形的能力较弱，受到的强烈应
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于磨损表面 . 由于大塑性变形引起的应变，材料内 变使得其相较于2#钢具有更深的塑性变形层，即其变
部发生了强烈的交滑移，导致马氏体束内部形成了微 形层深度较2#钢大. 塑性变形层深度的变化会随着磨
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剪切带，进一步分割了马氏体板条 . 同时，在离表面有 损剧烈程度的增大而减小，当载荷增加，磨损过程中
一定距离的位置形成了塑性变形层(Plastic deformation 应变层更易生成和向次表面延伸，但当磨损剧烈程度
layer，PDL层)，马氏体板条呈弯曲变形形态，且马氏体 提高会将已经生成的应变层磨损掉一部分，从而导致
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板条的弯曲程度随深度的增加而明显减弱 . 此外， 变形层的深度降低.
2#钢在所有载荷下以及1#钢在10 N载荷下未观察到 图7所示为1#钢和2#钢在不同载荷下的显微硬度
明显的SPDL区域，出现这种情况主要是因为10 N 分布图，可以看出，磨损表面硬度明显高于基体硬度，
低载荷下磨损的剧烈程度远不如高载荷，相较于高载 硬度的增加与磨损表面的高密度位错、晶粒细化和残
[22]
荷下两摩擦副之间强烈的相互作用较弱，低载荷下主 余压应力等有关 ，1#钢和2#钢的磨损表面在载荷的
要磨损机制的磨粒磨损形式对次表层马氏体组织的 作用下形成了不同厚度硬化层，有利于提高磨损表面
影响远低于高载荷下黏着磨损对次表层的影响，而 硬度. 此外，2#钢磨损表面的硬度大于1#钢，但变形层
2#钢含有较高的合金元素，其中Nb等元素改善了力学 深度却是1#钢略高，这表明随着硬度的提高，钢种变
性能，减少磨粒压入磨损表面的深度，这有助于减少 形抗力也提高. 采用磨损表面相对于基体的硬度增量
材料在磨损过程中的能量积累，同时降低了表层的流 评估合金的硬化能力，2种钢表面硬度随着载荷的增
[20]
变和切削磨损厚度 ，使得2#钢不易形成SPDL层. 加而增大，磨损表面在更大的法向应力和剪切应力下
(a) (b) (c)
SPDL
PDL
5 μm 5 μm 5 μm
(d) (e) (f)
5 μm 5 μm 5 μm
Fig. 5 SEM micrographs of cross section morphology of 1# and 2# 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 5 不同载荷磨损后1#钢和2#钢截面形貌的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
