·800 工程科学学报，第41卷，第6期 实验，温控精度小于±5℃ 分析仪(XRD)对样品进行衍射分析，通过衍射谱 15 mm 峰研究不同温度下的氧化物相组成.再将样品的 夹持工具 膜材界面横向剖切，经砂纸磨光和机械抛光，在体 积分数4%硝酸+酒精溶液腐蚀表面以显示其显 陶瓷球 微组织，通过多个摩擦界面的横截面观察其挤出 摩擦试样 ◆40lum 和压入部分的形貌以及显微组织，以进一步研究 磨损机理的变化规律 2试验结果 摩擦样品台 2.1显微组织 图2所示的是NM400和NM500耐磨钢的显微 图1摩擦实验原理示意图 组织扫描电镜照片.图中结果可知，经过淬火和低 Fig.1 Schematic of friction experiment 温回火处理，NM4O0和NM500合金的显微组织主 1.3摩擦磨损行为分析实验 要由回火马氏体组成，二者均呈现板条状马氏体的 为了研究摩擦磨损行为及机制，对每次摩擦 形貌，组织细小均匀，能够表现出良好的强韧性.原 实验之后的样品，使用超声波清洗仪清洗5min,去 γ晶粒内部被分割成多个不同延伸方向的马氏体 除磨屑，采用精密物理天平称量试样的质量以计 束，细小碳化物弥散分布在板条内部和板条之间. 算样品磨损失重和磨损率.使用Phenom ProX型 由于Mn,Cr,B等微量元素的添加，钢板表面到心部 扫描电子显微镜，观察摩擦后样品表面的磨痕、犁 的马氏体组织较为完全，晶粒大小差别不明显，组织 沟、氧化物等表面形貌变化，并且采用X射线衍射 更为均匀 图2NM400(a)和NM500(b)合金的显微组织扫描电镜照片 Fig.2 Microstructures of NM400 (a)and NM500 (b)steels 2.2摩擦系数变化规律 波动引起 图3所示为两种材料在室温和300℃的摩擦系 图3(c)所示为统计200N载荷下、室温至 数实验结果.由图3(a)和(b)可得，NM400与 300℃下的两种材料与陶瓷球的摩擦系数变化结 NM500耐磨钢在200N载荷、室温条件下长时间的 果.结果显示两种耐磨钢与陶瓷球之间的摩擦系数 摩擦系数存在一定差异.通过对1800s的摩擦实验 随着温度的升高呈现缓慢的下降趋势.虽然室温至 数据计算，该条件下NM400、NM500与氧化铝陶瓷 300℃下的摩擦系数的数值仍然处于0.27~0.40的 球之间的摩擦系数分别为0.337和0.323，均稍小 范围内，但是NM400和NM500长时间(1800s)摩擦 于钢铁材料摩擦副之间的摩擦系数.分析其原因实时的平均摩擦系数分别从0.337、0.323逐步降低至 验选取陶瓷球的硬度达到HB2500以上，远高于了0.296和0.288.温度升高时，陶瓷球比较稳定， NM400和NM500材料，而且表面粗糙度很低，陶瓷 其硬度强度基本不变，而且不会发生氧化还原化学 球可以视为刚体，使得摩擦过程主要以NM400和 反应，而对于NM400和NM500耐磨钢，随着温度的 NM5O0耐磨钢在陶瓷球的挤压和滑动作用下发生. 升高可能发生一定的氧化.一般情况下钢铁材料在 因此，本实验得到的摩擦系数很快就进入到误差稳 300℃以下的氧化速率非常缓慢，但在高速摩擦过 定的范围，摩擦系数的波动误差主要由设备的载荷 程中，摩擦副之间相对运动会产生大量的摩擦热，使工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 实验，温控精度小于 ± 5 ℃ ． 图 1 摩擦实验原理示意图 Fig． 1 Schematic of friction experiment 1. 3 摩擦磨损行为分析实验 为了研究摩擦磨损行为及机制，对每次摩擦 实验之后的样品，使用超声波清洗仪清洗 5 min，去 除磨屑，采用精密物理天平称量试样的质量以计 算样品磨损失重和磨损率． 使用 Phenom ProX 型 扫描电子显微镜，观察摩擦后样品表面的磨痕、犁 沟、氧化物等表面形貌变化，并且采用 X 射线衍射 分析仪( XＲD) 对样品进行衍射分析，通过衍射谱 峰研究不同温度下的氧化物相组成． 再将样品的 膜材界面横向剖切，经砂纸磨光和机械抛光，在体 积分数 4% 硝酸 + 酒精溶液腐蚀表面以显示其显 微组织，通过多个摩擦界面的横截面观察其挤出 和压入部分的形貌以及显微组织，以进一步研究 磨损机理的变化规律． 2 试验结果 2. 1 显微组织 图 2 所示的是 NM400 和 NM500 耐磨钢的显微 组织扫描电镜照片． 图中结果可知，经过淬火和低 温回火处理，NM400 和 NM500 合金的显微组织主 要由回火马氏体组成，二者均呈现板条状马氏体的 形貌，组织细小均匀，能够表现出良好的强韧性． 原 γ 晶粒内部被分割成多个不同延伸方向的马氏体 束，细小碳化物弥散分布在板条内部和板条之间． 由于 Mn，Cr，B 等微量元素的添加，钢板表面到心部 的马氏体组织较为完全，晶粒大小差别不明显，组织 更为均匀． 图 2 NM400( a) 和 NM500( b) 合金的显微组织扫描电镜照片 Fig． 2 Microstructures of NM400 ( a) and NM500 ( b) steels 2. 2 摩擦系数变化规律 图 3 所示为两种材料在室温和 300 ℃ 的摩擦系 数实验 结 果． 由 图 3 ( a ) 和 ( b) 可 得，NM400 与 NM500 耐磨钢在 200 N 载荷、室温条件下长时间的 摩擦系数存在一定差异． 通过对 1800 s 的摩擦实验 数据计算，该条件下 NM400、NM500 与氧化铝陶瓷 球之间的摩擦系数分别为 0. 337 和 0. 323，均稍小 于钢铁材料摩擦副之间的摩擦系数． 分析其原因实 验选取陶瓷球的硬度达到 HB 2500 以上，远高于 NM400 和 NM500 材料，而且表面粗糙度很低，陶瓷 球可以视为刚体，使得摩擦过程主要以 NM400 和 NM500 耐磨钢在陶瓷球的挤压和滑动作用下发生． 因此，本实验得到的摩擦系数很快就进入到误差稳 定的范围，摩擦系数的波动误差主要由设备的载荷 波动引起． 图 3 ( c) 所 示 为 统 计 200 N 载 荷 下、室 温 至 300 ℃下的两种材料与陶瓷球的摩擦系数变化结 果． 结果显示两种耐磨钢与陶瓷球之间的摩擦系数 随着温度的升高呈现缓慢的下降趋势． 虽然室温至 300 ℃下的摩擦系数的数值仍然处于 0. 27 ～ 0. 40 的 范围内，但是 NM400 和 NM500 长时间( 1800 s) 摩擦 时的平均摩擦系数分别从 0. 337、0. 323 逐步降低至 了 0. 296 和 0. 288． 温度升高时，陶瓷球比较稳定， 其硬度强度基本不变，而且不会发生氧化还原化学 反应，而对于 NM400 和 NM500 耐磨钢，随着温度的 升高可能发生一定的氧化． 一般情况下钢铁材料在 300 ℃以下的氧化速率非常缓慢，但在高速摩擦过 程中，摩擦副之间相对运动会产生大量的摩擦热，使 · 008 ·