工程科学学报.第42卷.第9期：1190-1199.2020年9月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.9:1190-1199,September 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.18.006;http://cje.ustb.edu.cn Cu-(Fe-C)合金中Fe-C相的固态转变对其摩擦磨损行 为及机理的影响 任浩岩，2)，解国良)，刘新华，2)区 1)北京科技大学新材料技术研究院，北京1000832)北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室，北京1000833)北京科技大学 新金属材料国家重点实验室.北京100083 ☒通信作者，E-mail:liuxinhua@ustb.edu.cn 摘要采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米力学探针、力学性能测试以及室温摩擦磨损实验研究了 Cu-(Fe-C)合金的铸态组织、形变态组织、Fe-C相形貌、力学性能和摩擦磨损行为.结果表明.Cu-(Fe-C)合金中弥散分布 着微米级和纳米级的Fε-C相.其中微米级的F-C相在淬火和回火过程中发生了固态转变，这种固态转变与钢中的马氏体 转变和回火转变类似.合金先在850℃淬火，然后在200、400和650℃回火，F-C相由针状马氏体逐渐向颗粒状回火索氏 体转变，Fe-C相纳米硬度分别为9.4、8、4.2和3.8GPa,实现了对强化相硬度的控制.室温摩擦磨损实验结果表明，随着回火 温度升高，合金的磨损机制逐渐由犁削向黏着磨损和大塑性变形转变，导致合金的耐磨损性能降低.这一结论可以为通过 F©-C相的固态转变的方法调控Cu-(Fc-C)合金的摩擦磨损性能提供参考作用. 关键词C-(FeC)合金；马氏体相变：回火转变：犁削：黏着磨损：大塑性变形 分类号TG146.11 Effect of the solid-state transition of Fe-C phase on the friction and wear behavior and mechanism of Cu-(Fe-C)alloys REN Hao-yan2,XIE Guo-liang,LIU Xin-hua2 1)Institute for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Key Laboratory for Advanced Materials Processing (MOE),University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China Corresponding author,E-mail:liuxinhua@ustb.edu.cn ABSTRACT The effect of solid-state phase transformation during heat treatment on the friction and wear properties of Cu-3Fe-0.18C alloy prepared by vacuum melting was studied.The as-cast structure,deformed structure,Fe-C phase morphology,mechanical properties,and the friction and wear behavior of Cu-Fe-C alloy were studied by optical microscopy (OM),scanning electron microscopy(SEM),nano-mechanical probe analysis,mechanical properties test,and friction and wear experiments,respectively,at room temperature.The results show that micro-and nano-sized Fe-Cphases are dispersed in the Cu-(Fe-C)alloy,and the micron-sized Fe-C phase undergoes solid-state transformation during quenching and tempering,which is similar to the martensite transformation and tempering transformation in steel.After quenched at 850 C and tempering at 200,400 and 650 C,the Fe-C phase gradually transforms from acicular martensite to granular tempered sorbite.The corresponding nano-hardness of the Fe-C phase is 9.4,8,4.2 and 3.8 GPa, respectively,and the hardness of the strengthening phase is controlled.Through an analysis of tensile fracture,a large number of 收稿日期：2019-09-18 基金项目：十三五国家重点研发计划项目资助课题(2016YFB0301404)Cu–(Fe–C) 合金中 Fe–C 相的固态转变对其摩擦磨损行 为及机理的影响 任浩岩1,2)，解国良3)，刘新华1,2) 苣 1) 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083    2) 北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室，北京 100083    3) 北京科技大学 新金属材料国家重点实验室，北京 100083 苣通信作者，E-mail：liuxinhua@ustb.edu.cn 摘    要    采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、纳米力学探针、力学性能测试以及室温摩擦磨损实验研究了 Cu–(Fe–C) 合金的铸态组织、形变态组织、Fe–C 相形貌、力学性能和摩擦磨损行为. 结果表明，Cu–(Fe–C) 合金中弥散分布 着微米级和纳米级的 Fe–C 相，其中微米级的 Fe–C 相在淬火和回火过程中发生了固态转变，这种固态转变与钢中的马氏体 转变和回火转变类似. 合金先在 850 ℃ 淬火，然后在 200、400 和 650 ℃ 回火，Fe–C 相由针状马氏体逐渐向颗粒状回火索氏 体转变，Fe–C 相纳米硬度分别为 9.4、8、4.2 和 3.8 GPa，实现了对强化相硬度的控制. 室温摩擦磨损实验结果表明，随着回火 温度升高，合金的磨损机制逐渐由犁削向黏着磨损和大塑性变形转变，导致合金的耐磨损性能降低. 这一结论可以为通过 Fe–C 相的固态转变的方法调控 Cu–(Fe–C) 合金的摩擦磨损性能提供参考作用. 关键词    Cu–(Fe–C) 合金；马氏体相变；回火转变；犁削；黏着磨损；大塑性变形 分类号    TG146.11 Effect of the solid-state transition of Fe–C phase on the friction and wear behavior and mechanism of Cu–(Fe–C) alloys REN Hao-yan1,2) ，XIE Guo-liang3) ，LIU Xin-hua1,2) 苣 1) Institute for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Key Laboratory for Advanced Materials Processing (MOE), University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: liuxinhua@ustb.edu.cn ABSTRACT    The effect of solid-state phase transformation during heat treatment on the friction and wear properties of Cu–3Fe–0.18C alloy  prepared  by  vacuum  melting  was  studied.  The  as-cast  structure,  deformed  structure,  Fe –C  phase  morphology,  mechanical properties,  and  the  friction  and  wear  behavior  of  Cu –Fe –C  alloy  were  studied  by  optical  microscopy  (OM),  scanning  electron microscopy (SEM), nano-mechanical probe analysis, mechanical properties test, and friction and wear experiments, respectively, at room temperature. The results show that micro- and nano-sized Fe–C phases are dispersed in the Cu–(Fe–C) alloy, and the micron-sized Fe–C phase  undergoes  solid-state  transformation  during  quenching  and  tempering,  which  is  similar  to  the  martensite  transformation  and tempering transformation in steel. After quenched at 850 ℃ and tempering at 200, 400 and 650 ℃, the Fe–C phase gradually transforms from acicular martensite to granular tempered sorbite. The corresponding nano-hardness of the Fe–C phase is 9.4, 8, 4.2 and 3.8 GPa, respectively,  and  the  hardness  of  the  strengthening  phase  is  controlled.  Through  an  analysis  of  tensile  fracture,  a  large  number  of 收稿日期: 2019−09−18 基金项目: 十三五国家重点研发计划项目资助课题（2016YFB0301404） 工程科学学报，第 42 卷，第 9 期：1190−1199，2020 年 9 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 9: 1190−1199, September 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.18.006; http://cje.ustb.edu.cn