1196 工程科学学报，第42卷，第9期 (a) Depth/μm (b) Depth/um 3 0.3 30 520 -06 5 10 9 50 2500 -15 2500 -10 (friction direction) 15s00 X(transverse direction) 1500 -1.8 -2.1 1500 1500 8 2500 500 -2.4 Y(friction direction) 2500 X(transverse direction) 500 -30 -2.7 -35 -3.0 40 (c) (d) 20 Position 1 10 Position 3 0.4 0 -10 -4 -Position 4 Position 2 20 10 -10 -20 500 1000150020002500 0 500 1000150020002500 Distance/μum Distance/um 图9摩擦表面的磨痕三维形貌照片(a)、(b)和纵截面的深度轮廓曲线(c)、(d).(a)、(c)淬火态：(b)、(d)650℃回火态 Fig.9 3-D morphology of friction surface (a)&(b)and profile of longitudinal section(c)&(d).(a),(c)quenched;(b),(d)tempered at 650 C 样表面的高度差高达45um(图9(b)、(d)),这导 磨损过程会趋于稳定，磨损率基本保持不变，摩擦 致摩擦表面在对磨过程中一直在发生变化，很难进 表面形貌也基本不变；第三个过程为急剧磨损阶 入稳定磨损.随着摩擦时间的延长，表面温度升高， 段，摩擦表面由于温度升高磨损量剧增，摩擦表面 试样会直接进入急剧磨损阶段，磨损率迅速升高. 变得粗糙，磨损机制以黏着和大塑性变形为主 3磨损机理分析与讨论 采用SEM观察了不同状态合金摩擦Imin的 表面形貌，淬火态和回火态Cu-Fe-C合金摩擦表 摩擦磨损实验表明不同状态的合金摩擦行为 面形貌如图10所示.从摩擦表面上可以观察到凹 有明显差异，而材料的摩擦学性能与摩擦表面、亚 坑、犁削、大塑性变形、氧化物磨屑等摩擦学特 层结构和磨损机理密切相关.因此，为了阐明回火 征，这说明在磨损的过程中，黏着磨损、犁削、大 温度对材料摩擦学性能的影响，有必要对以上特 塑性变形和氧化这几种磨损方式是并存的.Zhou 性进行观察. 等，山在铜基合金刹车片的研究中也发现了类似 黏着摩损过程大致可以分为三个阶段)，第 的情况.淬火态合金表面只能观察到深度不足1m 个阶段为磨合阶段，摩擦表面由于微观上的凹 的划痕（图10(a)),这可能是与之对磨的配副表面 凸不平导致实际接触的是表面上的微峰，当接触 的微峰在滑动过程中留下的.200℃回火态合金 表面开始滑动时，表面的微峰由于剪切而被破坏， 表面出现大量犁沟和波浪形的塑性变形的特征 随着摩擦过程的进行，摩擦表面逐渐被磨平，实际 (图10(b)),同时还可以观察到少量的凹坑，说明 接触面积增大，在这个过程中，摩损以犁削为主； 此时处于磨损过程的第二个阶段，磨损以犁削为 第二个阶段为稳定磨损阶段，摩擦表面磨合以后 主.400℃回火态合金表面犁沟明显变少，凹坑和 由于实际接触面增大和表面发生加工硬化，所以 波浪形的塑性变形特征增多（图10(c).650℃回样表面的高度差高达 45 μm (图 9（b）、（d）），这导 致摩擦表面在对磨过程中一直在发生变化，很难进 入稳定磨损. 随着摩擦时间的延长，表面温度升高， 试样会直接进入急剧磨损阶段，磨损率迅速升高. 3    磨损机理分析与讨论 摩擦磨损实验表明不同状态的合金摩擦行为 有明显差异，而材料的摩擦学性能与摩擦表面、亚 层结构和磨损机理密切相关. 因此，为了阐明回火 温度对材料摩擦学性能的影响，有必要对以上特 性进行观察. 黏着摩损过程大致可以分为三个阶段[17] ，第 一个阶段为磨合阶段，摩擦表面由于微观上的凹 凸不平导致实际接触的是表面上的微峰，当接触 表面开始滑动时，表面的微峰由于剪切而被破坏， 随着摩擦过程的进行，摩擦表面逐渐被磨平，实际 接触面积增大，在这个过程中，摩损以犁削为主； 第二个阶段为稳定磨损阶段，摩擦表面磨合以后 由于实际接触面增大和表面发生加工硬化，所以 磨损过程会趋于稳定，磨损率基本保持不变，摩擦 表面形貌也基本不变；第三个过程为急剧磨损阶 段，摩擦表面由于温度升高磨损量剧增，摩擦表面 变得粗糙，磨损机制以黏着和大塑性变形为主. 采用 SEM 观察了不同状态合金摩擦 1 min 的 表面形貌，淬火态和回火态 Cu–Fe–C 合金摩擦表 面形貌如图 10 所示. 从摩擦表面上可以观察到凹 坑、犁削、大塑性变形、氧化物磨屑等摩擦学特 征，这说明在磨损的过程中，黏着磨损、犁削、大 塑性变形和氧化这几种磨损方式是并存的. Zhou 等[8,11] 在铜基合金刹车片的研究中也发现了类似 的情况. 淬火态合金表面只能观察到深度不足 1 μm 的划痕（图 10（a）），这可能是与之对磨的配副表面 的微峰在滑动过程中留下的. 200 ℃ 回火态合金 表面出现大量犁沟和波浪形的塑性变形的特征 （图 10（b）），同时还可以观察到少量的凹坑，说明 此时处于磨损过程的第二个阶段，磨损以犁削为 主. 400 ℃ 回火态合金表面犁沟明显变少，凹坑和 波浪形的塑性变形特征增多（图 10（c））. 650 ℃ 回 0.4 (c) 0 –0.4 Height/μm 0 –0.4 –0.8 0 500 1000 Distance/μm 1500 2000 2500 Position 1 Position 2 –20 –10 0 10 20 30 –10 0 10 20 0 500 1000 Distance/μm 1500 2000 2500 Position 3 Position 4 (d)Height/μm 0.3 0 –0.3 –0.6 –0.9 –1.2 –1.5 –1.8 –2.1 500 1500 500 1500 2500 2500 –2.4 –2.7 –3.0 Y (friction direction) X (transverse direction) (a) Depth/μm 1 2 35 30 25 20 15 10 5 0 –5 –10 –15 –20 –25 –30 –35 –40 500 1500 500 1500 2500 2500 Y (friction direction) X (transverse direction) (b) Depth/μm 3 4 图 9    摩擦表面的磨痕三维形貌照片（a）、（b）和纵截面的深度轮廓曲线（c）、（d）. （a）、（c）淬火态；（b）、（d）650 ℃ 回火态 Fig.9    3-D morphology of friction surface (a) & (b) and profile of longitudinal section (c) & (d). (a), (c) quenched; (b), (d) tempered at 650 ℃ · 1196 · 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期