.1634 工程科学学报，第42卷，第12期 产生材料转移现象，摩擦系数迅速增加.从图3中 材料累积创造条件.局部的材料转移和涂抹造成 还可以看到，平均摩擦系数随着温度的升高逐渐 了模具表面材料的堆积，并在试样表面留下如图4 增大，从300℃时的1.15增大到500℃时的1.37. 所示的波纹状和撕裂状磨损痕迹.下模加热的温 2.0 度越高，与之直接接触的铝合金板材温度就越高， 300℃of the low die 400℃of the low die 铝合金基体硬度减小，相同法向载荷下形成的黏 1.6 00℃of the low die 结点就越多，黏着磨损现象越严重 有研究表明)，三体磨损的情况下，在氧化物 12 碎屑颗粒的研磨下可以形成如图4（©）所示的沟 槽.Avcu21也在其研究中揭示了7075铝合金在干 滑动摩擦中的氧化敏感性.对图4(c)中沟槽内的 0.4 磨屑进行点扫描元素分析，结果列于表4.从表4 中可以看到磨屑表面均出现了Fe,这些Fe元素主 20 40 60 80 100 Stroke/mm 要是从模具表面转移过来的，这证实了试样和模 图3不同下模加热温度下7075铝合金的摩擦系数 具表面之间材料转移的存在.此外，磨屑中O的质 Fig.3 Friction coefficient of 7075 aluminum alloy at different 量分数分别达到了21.27%和22.60%.说明500℃ temperatures of lower die 时试样表面确实存在由氧化物颗粒引起的三体磨 图4为不同加热温度下试样表面的磨损形貌 损，此时磨损表面的磨损形式主要是黏着磨损、氧 可以看出，所有温度下试样磨损表面均出现水波 化磨损和磨粒磨损 纹状塑性变形和撕裂状断裂，为典型黏着磨损形 2.2法向载荷的影响 貌特征.在图4(b)中还观察到少量平行于滑动方 试样完成保温固溶后，以相同的下模加热温 向的窄槽和划痕，这可能是因为下模温度升高引 度和滑动速度，在不同法向载荷作用下进行摩擦 起的板材温度升高，增大了与额外冷却的上模之 试验，得到如图5所示的摩擦系数变化曲线.可以 间的硬度差，使得硬度较高的上模在较软板材表 看到，平均摩擦系数随着法向载荷的增大而增大， 面犁削形成犁沟，这也是400℃时平均摩擦系数 载荷为540、680和820N.即压强分别为6、7.5和 相比300℃时更大的原因之一.如图4(c)所示， 9MPa时，试样和模具间的平均摩擦系数分别为 500℃时的试样磨损表面除黏着磨损形貌外，还 1.21、1.31和1.36.法向载荷的增大使得试样和模 可观察到大量犁沟和颗粒状磨屑，磨粒磨损的加 具之间的实际接触面积增大，微凸体接触的数量 剧使得平均摩擦系数相比400℃时进一步增大. 也大幅增加，形成的黏结点增多，阻碍摩擦，使摩 在法向载荷的作用下，试样和模具表面间的 擦系数增大.在Haq和Vaziri的研究中也观察到 局部微凸体接触并发生塑性变形，有些微凸体的 类似的行为92刈 凸峰受瞬时高温而焊合形成黏结点，水平剪切力 图6为不同法向载荷下试样表面的磨损形貌 足够大时才能剪断黏结点继续发生相对滑动 从图中可以看出，不同载荷下磨损形貌均以波纹、 Ghiotti等7认为细小铝颗粒从铝合金试样中分离 撕裂状黏着磨损形貌为主，且黏着磨损程度随着 出来，黏附在模具表面，因塑性变形而硬化的转移 施加载荷的增大而增加.这是因为随着施加载荷 铝颗粒增大了模具的表面粗糙度，并为进一步的 的增大，试样和模具表面之间的接触峰点数量和 (a) (b) Grooves 10μm 10m 图4不同下模加热温度下7075铝合金的磨损表面形貌.(a)300℃：(b)400℃；(c)500℃ Fig.4 SEM micrographs of the worn surfaces of 7075 aluminum alloy at different temperatures of lower die:(a)300 C:(b)400 C:(c)500 C产生材料转移现象，摩擦系数迅速增加. 从图 3 中 还可以看到，平均摩擦系数随着温度的升高逐渐 增大，从 300 ℃ 时的 1.15 增大到 500 ℃ 时的 1.37. 图 4 为不同加热温度下试样表面的磨损形貌. 可以看出，所有温度下试样磨损表面均出现水波 纹状塑性变形和撕裂状断裂，为典型黏着磨损形 貌特征. 在图 4（b）中还观察到少量平行于滑动方 向的窄槽和划痕，这可能是因为下模温度升高引 起的板材温度升高，增大了与额外冷却的上模之 间的硬度差，使得硬度较高的上模在较软板材表 面犁削形成犁沟，这也是 400 ℃ 时平均摩擦系数 相比 300 ℃ 时更大的原因之一. 如图 4（c）所示， 500 ℃ 时的试样磨损表面除黏着磨损形貌外，还 可观察到大量犁沟和颗粒状磨屑，磨粒磨损的加 剧使得平均摩擦系数相比 400 ℃ 时进一步增大. 在法向载荷的作用下，试样和模具表面间的 局部微凸体接触并发生塑性变形，有些微凸体的 凸峰受瞬时高温而焊合形成黏结点，水平剪切力 足够大时才能剪断黏结点继续发生相对滑动. Ghiotti 等[17] 认为细小铝颗粒从铝合金试样中分离 出来，黏附在模具表面，因塑性变形而硬化的转移 铝颗粒增大了模具的表面粗糙度，并为进一步的 材料累积创造条件. 局部的材料转移和涂抹造成 了模具表面材料的堆积，并在试样表面留下如图 4 所示的波纹状和撕裂状磨损痕迹. 下模加热的温 度越高，与之直接接触的铝合金板材温度就越高， 铝合金基体硬度减小，相同法向载荷下形成的黏 结点就越多，黏着磨损现象越严重. 有研究表明[22] ，三体磨损的情况下，在氧化物 碎屑颗粒的研磨下可以形成如图 4（c）所示的沟 槽. Avcu[23] 也在其研究中揭示了 7075 铝合金在干 滑动摩擦中的氧化敏感性. 对图 4（c）中沟槽内的 磨屑进行点扫描元素分析，结果列于表 4. 从表 4 中可以看到磨屑表面均出现了 Fe，这些 Fe 元素主 要是从模具表面转移过来的，这证实了试样和模 具表面之间材料转移的存在. 此外，磨屑中 O 的质 量分数分别达到了 21.27% 和 22.60%，说明 500 ℃ 时试样表面确实存在由氧化物颗粒引起的三体磨 损，此时磨损表面的磨损形式主要是黏着磨损、氧 化磨损和磨粒磨损. 2.2    法向载荷的影响 试样完成保温固溶后，以相同的下模加热温 度和滑动速度，在不同法向载荷作用下进行摩擦 试验，得到如图 5 所示的摩擦系数变化曲线. 可以 看到，平均摩擦系数随着法向载荷的增大而增大， 载荷为 540、680 和 820 N，即压强分别为 6、7.5 和 9 MPa 时，试样和模具间的平均摩擦系数分别为 1.21、1.31 和 1.36. 法向载荷的增大使得试样和模 具之间的实际接触面积增大，微凸体接触的数量 也大幅增加，形成的黏结点增多，阻碍摩擦，使摩 擦系数增大. 在 Haq 和 Vaziri 的研究中也观察到 类似的行为[19, 24] . 图 6 为不同法向载荷下试样表面的磨损形貌. 从图中可以看出，不同载荷下磨损形貌均以波纹、 撕裂状黏着磨损形貌为主，且黏着磨损程度随着 施加载荷的增大而增加. 这是因为随着施加载荷 的增大，试样和模具表面之间的接触峰点数量和 0 20 40 60 80 100 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 Friction coefficient Stroke/mm 300 ℃ of the low die 400 ℃ of the low die 500 ℃ of the low die 图 3 不同下模加热温度下 7075 铝合金的摩擦系数 Fig.3 Friction coefficient of 7075 aluminum alloy at different temperatures of lower die (a) (b) Grooves Grooves 1 2 10 μm 10 μm 10 μm (c) 图 4 不同下模加热温度下 7075 铝合金的磨损表面形貌. （a）300 ℃；（b）400 ℃；（c）500 ℃ Fig.4 SEM micrographs of the worn surfaces of 7075 aluminum alloy at different temperatures of lower die: (a) 300 ℃；(b) 400 ℃；(c) 500 ℃ · 1634 · 工程科学学报，第 42 卷，第 12 期