2024年4月23日发(作者：戚映冬)
材料
热处理
Ｍ３ ５与ＧＣｒ１ ５干摩擦磨损性能的研究＊
李飞舟，梁 烨
（宝鸡文理学院机电工程系，陕西宝鸡７２１０１６）
摘 要：在ＨＴ—１０００型高温摩擦磨损试验机上，对Ｍ３５高速钢进行干滑动摩擦磨损试验，利用
ｓＥＭ（扫描电镜）观察并分析摩擦面磨损形貌及磨损机理。结果表明，Ｍ３５高速钢在与ＧＣｒ１５滚动轴承
合金钢配副干摩擦条件下，随着速度的增加，摩擦因数先降低后升高，然后再降低。当摩擦热累积达到一
定值后，摩擦表面产生严重塑性变形和化学变化，摩擦副表面产生氧化磨损、粘着磨损、磨粒磨损和犁沟
磨损，形成转移润滑膜，此时摩擦因数较低，磨损率也相对较低。
关键词：Ｍ３５高速钢；干摩擦；摩擦机理
中图分类号：ＴＧ １４ 文献标志码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｒｙ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｗｅａｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍ３ ５ ａｇａｉｎｓｔ ＧＣｒｌ ５
ＬＩ Ｆｅｉｚｈｏｕ。ＬＩＡＮＧ Ｙｅ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂａｏｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｔｓ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂａｏｊｉ ７２１０１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａｎ ＨＴ一１０ＯＯ ｔｙｐｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｔｅｓｔｅｒ，ｔｈｅ ｄｒｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—
ｔｉｃｓ ｏｆ Ｍ３５ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ
ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｍ３５ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ
ＧＣｒｌ５ ｆｉｒｓｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｒｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｓ ｓｐｅｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｓｅｖｅｒｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｉｌｌ ｔａｋｅ ｐｌａｃｅ ｏｎ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｈｅｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ
ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐａｉｒｓ ｗｅｒｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｗｅａｒ，ａｄｈｅｓｉｖｅ ｗｅａｒ，ａｂｒａｓｉｖｅ ｗｅａｒ ａｎｄ ｐｌｏｕｇｈ ｗｅａｒ．Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｉｌｍｓ ｃａｎ ｂｅ
ｆｏｒｍｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｒａｔｅ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍ３５ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ，ｄｒｙ ｓｌｉｄｉｎｇ，ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
随着航空航天机械加工行业对刀具性能要求的
不断提高，高性能高速钢对以ｗ钢和Ｃｏ钢（ＥＭ４２
和Ｍ３５）为代表的高性能高速钢刀具材料的摩擦磨损
性能研究迫在眉睫 。Ｍ３５含Ｃｏ高速钢价格相对
低廉且易加工，通过适当热处理，可实现高硬度（６７～
７０ＨＲＣ）、高红硬性（６２５℃，４ｈ，６３～６５ＨＲＣ）和高
信号进行时频域测试研究分析，针对不同形式的信
号，选择合适的窗函数，包括窗函数的类型和窗函数
的长度，就能得到比较好的分析结果。在时域与频
域联合平面中展示了信号时间与频率的变化关系，
为在实际分析信号时提供了有利的工具和手段。
参考文献
图６汉明窗（窗长度２００１车速信号的时频分析运行结果
［１］邹文，陈爱萍，顾汉明．联合时频分析技术在地震勘探中
时傅里叶变换的影响：采用海宁窗优于汉明窗；采用
窗口长度为２００比窗口长度为１００的海宁窗所得到
的应用［Ｊ］．勘探地球物理进展，２００４，８（２７）：２４６—２５０．
［２］张贤达，保铮．非平稳信号分析与处理ＥＭ］．北京：国防
工业出版社，１９９８．
的结果要好，包括在时频域有更好的分辨率；对于不
同形式的信号，选择合适的窗函数，就能得到好的分
［３］刘君华．基于ＬａｂＶＩＥＷ的虚拟仪器设计ＦＭ］．北京：电
子工业出版社，２００３．
［４３臧观建，刘正平．基于ＬａｂＶＩＥＷ的联合时频分析［Ｊ］．华
东交通大学学报，２００７，２４（４）：１２１—１２４．
析结果；同时，比窗函数长度的选择对分布也有影
响，如窗长度短，频域上扩展能量的集中性就不是很
好。由此可见在短时傅里叶变换中，窗函数的选择
［５］肖学亮．窗函数应用中的几个问题［Ｊ］．动态分析与测试
技术，１９８９（１）：１０－１９．
是一个很关键的因素。
５ 结语
基于ＬａｂＶＩＥＷ测试平台，对非平稳汽车车速
作者简介：杨文兴（１９８７一），男，硕士，主要从事汽车系统动力
学及计算机仿真等方面的研究。
收稿日期：２０１３—０８—０６
责任编辑 吕菁
《新技术新工艺》材料与热处理几丽
新技术新工艺２０１４年 第３期
耐磨性，其韧性和抗弯强度均不低于普通型高速钢，
可克服模具刃口塌陷和崩裂等早期的损坏现象。
Ｍ３５钢为钨系高速钢，宜于制造强力切割用耐磨和
耐冲击工具、高级冲模、螺钉模，以及良好韧性和形
状复杂的工具（如铰刀、铣刀、铁头和冲头等），主要
应用于滚刀、拉刀和端铣刀等。本文通过对进口的
Ｍ３５钢与ＧＣｒｌ５钢配副进行干摩擦试验，测试了不
同速度下干摩擦的磨损性能，为其应用提供了可靠
依据。
０ ５ １０ ｌ５ ２Ｏ ２５ ３Ｏ ３５ ４Ｏ ４５ ５Ｏ ５５ ６０
暖
糍
街
摩擦时间／ａｉｒｎ
１ 试验部分
本试验采用销盘式配副进行摩擦磨损试验，磨
损试验机为兰州中科凯华提供的ＨＴ一１０００型高
温摩擦磨损试验机。
盘试样为国外进口材料，代号为Ｍ３５，直径为
３０ ｍｍ。试样热处理规范为：淬火，７３０～８４０℃预
热，１ １９０～１ ２１０℃（盐浴炉）或１ ２。０～１ ２２０℃（箱
式炉）加热；油冷，５４０～５６０℃回火２次，每次２ ｈ，
其表面硬度为６６ ＨＲＣ。
舯 ：２∞ 如 ∞ 如 加 ｍ
图１ 不同速度下对磨件的摩擦因数
销试样材料为淬火ＧＣｒｌ５钢球，直径为４ ｍｍ，
硬度为６０ ＨＲＣ。２个试样表面经１２００＃金相砂纸
抛光，试验前用超声波清洗盘和销试样，用感量为
０．１ ｍｇ的分析天平测定销试样的磨损率。
在常温和测试压力相同条件下，通过调节电动
机的转速和销的旋转半径，将滑动摩擦线速度控制
在０．４１～１．６４ ｍ／ｓ。在常温条件下，载荷为１５０ ｇ，
测试不同摩擦速度的摩擦因数，采用ＳＥＭ对其摩
擦表面进行形貌以及成分分析。
图２速度为０．４１ ｍ／ｓ时Ｍ３５钢表面磨损形貌
表１ 对应图２中各标记处元素的化学成分（质量分数）（ ）
元素
Ｕ
标记１
５．８／
标记２
Ｉ９． ，ｌ
标记３
Ｚ０．６８
标记４
．１３
Ａ１
Ｓｉ
Ｍｏ
２．３３
３．０９
６．２１
５．１７
２０．５４
２．３６
３．７５
３．４２
５．８Ｏ
１．９５
２．７０
５．５４
Ｖ
Ｃｒ
Ｍｎ
２．２Ｏ
４．７９
２．７２
６．１０
０．６７
２．１９
５．０７
３．１ ６
６．５４
０．３１
Ｆｅ
Ｃ０
５８．０６
７．４６
３７．９１
３．７２
４８．２４
５．９４
５７．８４
６．８２
２试验结果与分析
如图１所示，在载荷相同的条件下，随着摩擦速
随着摩擦速度的提高，两摩擦副表面的热量会
越来越大，ＧＣｒ１５钢表面的材料由于高温产生的粘
着磨损会转移到Ｍ３５钢表面。摩擦副Ｍ３５钢表面
有可能发生复杂的物理化学反应，导致摩擦因数逐
度的增加，摩擦因数先逐渐升高，然后降低，其主要原
因是摩擦速度较低时，产生的摩擦热量相对较少，但
足以使摩擦副表面发生氧化。当摩擦速度达到
０．４１ ｍ／ｓ时，根据图２中的标记，结合表１的结果可
知，在Ｍ３５钢表面已经发生了较强的氧化反应，标记
２和标记３处氧化尤为严重。由于Ｍ３５钢的硬度大
于ＧＣｒ１５钢，Ｍ３５钢高温回火后，钢中的碳化物如
渐上升；但当摩擦速度达到１．２３ ｍ／ｓ时（如图３所
示），摩擦副Ｍ３５钢表面形成了大量的硬质相，其中
亮白色颗粒为ｗ Ｃ、（ＦｅＣｒ）。Ｃ、ＶＣ和Ｍｏ Ｃ类碳化
物，暗灰色颗粒为ＭＣ（Ｖ）类碳化物『４］，这些硬质相
分布在较软的基体上，起到了弥散强化和承担载荷
ｗ Ｃ、（ＦｅＣｒ）。Ｃ、ＶＣ和Ｍｏ Ｃ等起到二次强化的目
的 ］，可以推断，此时碳化物会将硬度较低的ＧＣｒ１５
犁沟剥落或产生塑性变形，导致氧化脱落或粘着在
Ｍ３５钢表面。此时的磨损机理以已犁沟和粘着氧化
磨损为主，并伴随有一部分塑性疲劳磨损；所以，摩擦
因数与磨损率较高（相对磨损量为４．４×１Ｏ ｇ）。
的作用。同时，也有许多硬质颗粒因粘着而脱落，形
成了磨粒磨损，此时的氧化磨损有所下降（具体数据
见表２），故磨损率较小（相对磨损量为２．４×１Ｏ
ｇ），但摩擦因数有所上升。此时，磨损机理主要以
磨粒磨损和粘着磨损为主。
１０４
《新技术新工艺》材料与热处理
2024年4月23日发(作者：戚映冬)
材料
热处理
Ｍ３ ５与ＧＣｒ１ ５干摩擦磨损性能的研究＊
李飞舟，梁 烨
（宝鸡文理学院机电工程系，陕西宝鸡７２１０１６）
摘 要：在ＨＴ—１０００型高温摩擦磨损试验机上，对Ｍ３５高速钢进行干滑动摩擦磨损试验，利用
ｓＥＭ（扫描电镜）观察并分析摩擦面磨损形貌及磨损机理。结果表明，Ｍ３５高速钢在与ＧＣｒ１５滚动轴承
合金钢配副干摩擦条件下，随着速度的增加，摩擦因数先降低后升高，然后再降低。当摩擦热累积达到一
定值后，摩擦表面产生严重塑性变形和化学变化，摩擦副表面产生氧化磨损、粘着磨损、磨粒磨损和犁沟
磨损，形成转移润滑膜，此时摩擦因数较低，磨损率也相对较低。
关键词：Ｍ３５高速钢；干摩擦；摩擦机理
中图分类号：ＴＧ １４ 文献标志码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｒｙ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｗｅａｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｍ３ ５ ａｇａｉｎｓｔ ＧＣｒｌ ５
ＬＩ Ｆｅｉｚｈｏｕ。ＬＩＡＮＧ Ｙｅ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂａｏｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｔｓ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂａｏｊｉ ７２１０１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａｎ ＨＴ一１０ＯＯ ｔｙｐｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｔｅｓｔｅｒ，ｔｈｅ ｄｒｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—
ｔｉｃｓ ｏｆ Ｍ３５ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ
ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｍ３５ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ
ＧＣｒｌ５ ｆｉｒｓｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｒｙ ｓｌｉｄｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｓ ｓｐｅｅｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｓｅｖｅｒｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｉｌｌ ｔａｋｅ ｐｌａｃｅ ｏｎ ｗｏｒｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｈｅｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｈｅａｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ
ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐａｉｒｓ ｗｅｒｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｗｅａｒ，ａｄｈｅｓｉｖｅ ｗｅａｒ，ａｂｒａｓｉｖｅ ｗｅａｒ ａｎｄ ｐｌｏｕｇｈ ｗｅａｒ．Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｉｌｍｓ ｃａｎ ｂｅ
ｆｏｒｍｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｒａｔｅ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍ３５ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｓｔｅｅｌ，ｄｒｙ ｓｌｉｄｉｎｇ，ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
随着航空航天机械加工行业对刀具性能要求的
不断提高，高性能高速钢对以ｗ钢和Ｃｏ钢（ＥＭ４２
和Ｍ３５）为代表的高性能高速钢刀具材料的摩擦磨损
性能研究迫在眉睫 。Ｍ３５含Ｃｏ高速钢价格相对
低廉且易加工，通过适当热处理，可实现高硬度（６７～
７０ＨＲＣ）、高红硬性（６２５℃，４ｈ，６３～６５ＨＲＣ）和高
信号进行时频域测试研究分析，针对不同形式的信
号，选择合适的窗函数，包括窗函数的类型和窗函数
的长度，就能得到比较好的分析结果。在时域与频
域联合平面中展示了信号时间与频率的变化关系，
为在实际分析信号时提供了有利的工具和手段。
参考文献
图６汉明窗（窗长度２００１车速信号的时频分析运行结果
［１］邹文，陈爱萍，顾汉明．联合时频分析技术在地震勘探中
时傅里叶变换的影响：采用海宁窗优于汉明窗；采用
窗口长度为２００比窗口长度为１００的海宁窗所得到
的应用［Ｊ］．勘探地球物理进展，２００４，８（２７）：２４６—２５０．
［２］张贤达，保铮．非平稳信号分析与处理ＥＭ］．北京：国防
工业出版社，１９９８．
的结果要好，包括在时频域有更好的分辨率；对于不
同形式的信号，选择合适的窗函数，就能得到好的分
［３］刘君华．基于ＬａｂＶＩＥＷ的虚拟仪器设计ＦＭ］．北京：电
子工业出版社，２００３．
［４３臧观建，刘正平．基于ＬａｂＶＩＥＷ的联合时频分析［Ｊ］．华
东交通大学学报，２００７，２４（４）：１２１—１２４．
析结果；同时，比窗函数长度的选择对分布也有影
响，如窗长度短，频域上扩展能量的集中性就不是很
好。由此可见在短时傅里叶变换中，窗函数的选择
［５］肖学亮．窗函数应用中的几个问题［Ｊ］．动态分析与测试
技术，１９８９（１）：１０－１９．
是一个很关键的因素。
５ 结语
基于ＬａｂＶＩＥＷ测试平台，对非平稳汽车车速
作者简介：杨文兴（１９８７一），男，硕士，主要从事汽车系统动力
学及计算机仿真等方面的研究。
收稿日期：２０１３—０８—０６
责任编辑 吕菁
《新技术新工艺》材料与热处理几丽
新技术新工艺２０１４年 第３期
耐磨性，其韧性和抗弯强度均不低于普通型高速钢，
可克服模具刃口塌陷和崩裂等早期的损坏现象。
Ｍ３５钢为钨系高速钢，宜于制造强力切割用耐磨和
耐冲击工具、高级冲模、螺钉模，以及良好韧性和形
状复杂的工具（如铰刀、铣刀、铁头和冲头等），主要
应用于滚刀、拉刀和端铣刀等。本文通过对进口的
Ｍ３５钢与ＧＣｒｌ５钢配副进行干摩擦试验，测试了不
同速度下干摩擦的磨损性能，为其应用提供了可靠
依据。
０ ５ １０ ｌ５ ２Ｏ ２５ ３Ｏ ３５ ４Ｏ ４５ ５Ｏ ５５ ６０
暖
糍
街
摩擦时间／ａｉｒｎ
１ 试验部分
本试验采用销盘式配副进行摩擦磨损试验，磨
损试验机为兰州中科凯华提供的ＨＴ一１０００型高
温摩擦磨损试验机。
盘试样为国外进口材料，代号为Ｍ３５，直径为
３０ ｍｍ。试样热处理规范为：淬火，７３０～８４０℃预
热，１ １９０～１ ２１０℃（盐浴炉）或１ ２。０～１ ２２０℃（箱
式炉）加热；油冷，５４０～５６０℃回火２次，每次２ ｈ，
其表面硬度为６６ ＨＲＣ。
舯 ：２∞ 如 ∞ 如 加 ｍ
图１ 不同速度下对磨件的摩擦因数
销试样材料为淬火ＧＣｒｌ５钢球，直径为４ ｍｍ，
硬度为６０ ＨＲＣ。２个试样表面经１２００＃金相砂纸
抛光，试验前用超声波清洗盘和销试样，用感量为
０．１ ｍｇ的分析天平测定销试样的磨损率。
在常温和测试压力相同条件下，通过调节电动
机的转速和销的旋转半径，将滑动摩擦线速度控制
在０．４１～１．６４ ｍ／ｓ。在常温条件下，载荷为１５０ ｇ，
测试不同摩擦速度的摩擦因数，采用ＳＥＭ对其摩
擦表面进行形貌以及成分分析。
图２速度为０．４１ ｍ／ｓ时Ｍ３５钢表面磨损形貌
表１ 对应图２中各标记处元素的化学成分（质量分数）（ ）
元素
Ｕ
标记１
５．８／
标记２
Ｉ９． ，ｌ
标记３
Ｚ０．６８
标记４
．１３
Ａ１
Ｓｉ
Ｍｏ
２．３３
３．０９
６．２１
５．１７
２０．５４
２．３６
３．７５
３．４２
５．８Ｏ
１．９５
２．７０
５．５４
Ｖ
Ｃｒ
Ｍｎ
２．２Ｏ
４．７９
２．７２
６．１０
０．６７
２．１９
５．０７
３．１ ６
６．５４
０．３１
Ｆｅ
Ｃ０
５８．０６
７．４６
３７．９１
３．７２
４８．２４
５．９４
５７．８４
６．８２
２试验结果与分析
如图１所示，在载荷相同的条件下，随着摩擦速
随着摩擦速度的提高，两摩擦副表面的热量会
越来越大，ＧＣｒ１５钢表面的材料由于高温产生的粘
着磨损会转移到Ｍ３５钢表面。摩擦副Ｍ３５钢表面
有可能发生复杂的物理化学反应，导致摩擦因数逐
度的增加，摩擦因数先逐渐升高，然后降低，其主要原
因是摩擦速度较低时，产生的摩擦热量相对较少，但
足以使摩擦副表面发生氧化。当摩擦速度达到
０．４１ ｍ／ｓ时，根据图２中的标记，结合表１的结果可
知，在Ｍ３５钢表面已经发生了较强的氧化反应，标记
２和标记３处氧化尤为严重。由于Ｍ３５钢的硬度大
于ＧＣｒ１５钢，Ｍ３５钢高温回火后，钢中的碳化物如
渐上升；但当摩擦速度达到１．２３ ｍ／ｓ时（如图３所
示），摩擦副Ｍ３５钢表面形成了大量的硬质相，其中
亮白色颗粒为ｗ Ｃ、（ＦｅＣｒ）。Ｃ、ＶＣ和Ｍｏ Ｃ类碳化
物，暗灰色颗粒为ＭＣ（Ｖ）类碳化物『４］，这些硬质相
分布在较软的基体上，起到了弥散强化和承担载荷
ｗ Ｃ、（ＦｅＣｒ）。Ｃ、ＶＣ和Ｍｏ Ｃ等起到二次强化的目
的 ］，可以推断，此时碳化物会将硬度较低的ＧＣｒ１５
犁沟剥落或产生塑性变形，导致氧化脱落或粘着在
Ｍ３５钢表面。此时的磨损机理以已犁沟和粘着氧化
磨损为主，并伴随有一部分塑性疲劳磨损；所以，摩擦
因数与磨损率较高（相对磨损量为４．４×１Ｏ ｇ）。
的作用。同时，也有许多硬质颗粒因粘着而脱落，形
成了磨粒磨损，此时的氧化磨损有所下降（具体数据
见表２），故磨损率较小（相对磨损量为２．４×１Ｏ
ｇ），但摩擦因数有所上升。此时，磨损机理主要以
磨粒磨损和粘着磨损为主。
１０４
《新技术新工艺》材料与热处理