象。在动载冲击磨损条件下，其磨损形式以磨料磨损为主。碳的质量分数为0．35％的试验钢具有较好的组织、综合力学性能，在磨损过程中既可以抵抗石英砂磨粒的切削，又可以减少表面金属的剥落，表现出较佳的耐磨性。

关键词：磨擦磨损；动载冲击磨损；显微切削；粘着磨损；磨料磨损

中图分类号：TG142．4    文献标识码：A    文章编号：0449—749X(2008)03—0072—05

   20世纪90年代以来，日本、中国和韩国先后展开了“超级钢”的研究，旨在大幅度节约资源、节约能源和保护环境的条件下使钢铁材料的力学性能翻番。目前的研究都集中在进一步实现强韧化和微合金化、进一步细化晶粒和组织以及进行热加工和预先热处理获得细小而均匀的粒状组织等方向^[1~3]。国内高校和科研院所已经通过控轧控冷手段研制出了一些不同性能的高强度高韧性的钢铁材料^[4~10]，而有关细晶钢摩擦磨损性能方面的研究报道很少。因此，对微合金化的碳的质量分数为0．15％～0．350A的细晶钢的磨擦磨损性能进行了系统研究，旨在丰富超级钢的研究领域，这对细晶粒高强度钢的开发与应用有着重要的工程价值。

1  试验材料及方法

    以碳的质量分数为0．1 0％的废钢、3 5号钢、硅铁、锰铁、低碳铬铁、钒铁、铌铁等为原材料，熔炼浇铸并控制轧制获得原始晶粒为11～12、级的棒料。经1150℃×24h扩散退火，加工成所需的冲击试样、拉伸试样和摩擦块。试验钢的化学成分及相变点如表1所示。

在JB－30B型摆锤式冲击试验机和30t拉伸试验机上进行冲击试验及拉伸试验。在MM－200型摩擦磨损试验机、MLD－10型动载磨料磨损试验机上进行干摩擦磨损、动载冲击磨料磨损试验。利用PHILIPSXL30型扫描电镜观察组织及磨损表面的形貌。

2  试验结果及分析

2．1  试验钢的显微组织及力学性能

    图1为试验钢经(Ac₃一F130℃)×30 min水淬＋220℃×40min回火后的组织。光学显微镜下只能看到细小的成簇排列的马氏体群(如图1(a)所示)；碳含量较低时9其组织为板条马氏体(如图1(b)所示)，随碳含量的增加，马氏体群中平行排列的同位向束的尺寸逐渐减小，不同方向排列的马氏体束变体逐渐增多，并出现少量的片状马氏体组织(如图1(c)所示)。钢的力学性能见表2。细晶板条马氏体钢表现出非常优异的力学性能。

2．2  试验钢的干磨擦磨损性能

    钢的磨损失重量随正压载荷的变化曲线见图2(a)。随碳含量的增加，磨损失重量逐渐减小。碳的质量分数小于0．3％时，钢的磨损量随着载荷的增加而增加。碳含量越低，载荷的影响越大。对于碳的质量分数为0．35％的试验钢，载荷由5 k g升高到15kg时，其磨损失重量增大，而在25kg载荷下的磨损失重量却降低。磨损速度对磨损量的影响如图2(b)所示。随磨损速度的增大，碳的质量分数为0．15％～0．23％的钢的磨损量显著增加，而碳的质量分数为0．30％～0．35％的试验钢的磨损量却略有降低。

图3为磨损表面的形貌。碳的质量分数为0．15％的钢在低载荷、小滑动速度条件下的磨损以显微切削为主，并伴有一定程度的粘着现象(图3(a))，随载荷的增加，磨损表面转变为严重的粘着磨损并伴有疲劳剥落现象(图3(b))；在较大的载荷下，磨粒可以更深地刺入金属表面，磨料磨损加剧，磨损量增加。碳含量较低时，随磨损速度的增加，表面的粘着磨损加剧，伴有严重的疲劳剥落(图3(a)、(e))；碳含量较高时，随磨损速度的增加，犁沟变宽、变深，磨损表面产生明显的塑性变形(图3(c)、(f))。

    磨损速度的影响主要体现在磨损热上。碳含量较低时，随着磨损速度的增加，摩擦表面温度上升，粘着现象加剧；温度的升高使钢表面软化而发生塑性变形，在应力的反复作用下发生疲劳剥落，磨损量增大。碳含量较高时，磨损热的作用使金属表面软化，犁削过程中部分变形金属堆积在犁沟两侧，磨损量随着磨损速度的增加反而减少。但是，随磨损时间的延长，变形金属也会由于疲劳而逐渐剥落，从而使磨损量有增加的趋势。

2．3  试验钢的动载冲击磨擦磨损性能

    图4为钢的动载冲击磨损失重图。随着碳含量的增加，钢的磨损量先下降后上升，碳的质量分数为0．30％的钢的动载磨损失重量最小；随着冲击功的提高，钢的磨损量均有所增加。

图5为钢在动载冲击磨损条件下的表面磨损形貌。碳的质量分数为0．23％的钢具有较好的塑韧性，但硬度相对较低，因此在磨损过程中容易被石英砂磨粒切削，表面有较明显的磨料磨损特征。碳的质量分数为0．35％的钢基体组织为片状马氏体(孪晶亚结构容易诱发裂纹)＋板条马氏体，虽硬度、强度较高，但塑韧性较低，因此材料表面在外力的反复作用下会出现大量的疲劳裂纹，裂纹不断扩展直至相互连接，裂纹上方的金属则会逐渐剥落，钢表面有明显的片状金属剥落迹象。碳的质量分数为0．30％的钢具有较好的组织和综合力学性能，因此，在磨损过程中既可以抵抗石英砂磨粒的切削，又可以减少表面金属的剥落，表现出较佳的耐磨性。

    对比图5(c)、(d)，冲击功的提高使材料表面的疲劳剥落现象加重。这是因为，随着冲击功的增加，石英砂磨粒更深地刺人金属表面，一方面增加了金属表面的切削量，磨损量增大；另外，使材料表面产生了更多的裂纹，并促使裂纹以更快的速度扩展，加速表面金属的剥落，使磨损量增加。

3  结论

    (1)在干磨擦磨损条件下，碳的质量分数为0．15％～0．23％的CSiMnCrVNb钢在低载荷、小滑动速度条件下，磨损以显微切削为主并伴有一定程度的粘着现象。随着载荷及磨损速度的增加，逐渐转变为严重的粘着磨损并伴有疲劳剥落现象；碳的质量分数为0．30％～0．35％的CSiMnrVNb钢在低载荷、小滑动速度条件下，磨损以显微切削为主并伴有轻微的粘着。随着磨损速度的增加，犂沟变宽、变深，表面产生明显的塑性变形。随载荷的增加，粘着磨损倾向增大并伴有轻度的疲劳剥落现象，但仍以显微切削为主。

   (2)动载冲击磨损条件下，碳的质量分数较低(0．23％)时，试验钢具有较高的塑韧性、硬度相对较低，磨损表面显现明显的磨料磨损特征，磨损失重量较大；碳的质量分数较高(0．35％)时，钢的强度、硬度较高，塑韧性较低，磨损表面出现明显的片状金属剥落；碳的质量分数为0．30％的钢具有较好的组织和综合力学性能，磨损过程中既可以抵抗石英砂磨粒的切削，又减少了表面金属的剥落，具有糠佳的耐磨性；随着冲击功的增加，石英砂磨粒更深地刺人金属表面，增加了表面的切削量；另外，材料表面产生更多的裂纹并促使裂纹扩展，加速表面金属的剥落，磨损量增加；在本试验的磨损条件下，磨料磨损起主要作用。钢在磨损过程中并非为一种磨损方式，而是多种磨损方式并存。