45钢摩擦副摩擦磨损性能的试验分析

45~#钢 GCr15钢摩擦副的滚动磨损特性研究钢GCr15是一种常用的轴承钢材料，其在摩擦副中具有广泛应用。

本研究旨在探究GCr15钢作为摩擦副材料时的滚动磨损特性。

通过实验方法，观察并记录GCr15钢在不同工况下的磨损情况，以及其与其他材料之间的相互作用。

首先，我们准备了一系列GCr15钢试样，并根据需要裁剪成合适的形状和尺寸。

然后，选取合适的滚动试验设备，将试样装入其中，并设置适当的工作条件。

通过调整试验参数，如负荷、转速和试验时间等，我们可以模拟不同的工作环境和运行状态。

在实验过程中，我们不断观察试样表面的磨损情况，并及时记录下来。

在实验完成后，我们对试样进行了表面形貌分析，使用扫描电子显微镜（SEM）观察磨损痕迹的形态和分布情况。

并使用显微硬度仪对试样进行硬度测试，以了解磨损对材料本身性能的影响。

通过实验数据的分析，我们可以得出不同工作条件下GCr15钢的滚动磨损特性，包括磨损速率、磨损机理等方面的信息。

这些结果将有助于深入理解GCr15钢在摩擦副中的使用性能，为轴承等领域的设计与应用提供有益参考。

此外，为了更全面地研究GCr15钢的摩擦磨损特性，我们还可以考虑引入其他参数，如润滑方式、温度、材料间配对等因素的影响。

这些因素对于摩擦副的磨损行为可能起到重要作用，因此对它们进行适当的调整和控制，可以更准确地评估GCr15钢材料的使用性能以及与其他材料的耦合效果。

另外，为了进一步提高实验数据的可靠性，我们还可以考虑进行多次重复实验，以确保结果的可重复性和稳定性。

这样可以减小实验误差，增加数据的可信程度。

除了实验研究，我们还可以通过数值模拟和理论分析等方法来探究GCr15钢的滚动磨损特性。

通过建立适当的模型和假设，利用计算机软件进行模拟和仿真，可以预测不同工况下的磨损情况，并与实验结果进行对比和验证。

最后，在文中我们可以总结和讨论结果，并提出一些对于提高GCr15钢作为摩擦副材料的使用性能的建议。

实验四摩擦学基础实验（1学时）一.实验目的1•通过实验了解不同材料配副摩擦系数的变化及磨损量的不同。

2.掌握摩擦学实验的基本方法及有关仪器设备的使用方法。

二.实验原理1•概述摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。

在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：（1）.跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。

（2）.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。

（3）•剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。

（如图4.1）S跑合摩擦行程（时间〉图4.1磨损三个阶段的示总图机件磨损是无法避免的。

但是如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到來，是研究者致力的方向。

伯韦尔（Bunvell）根据磨损机理的不同，把粘着磨损，磨粒磨损、腐蚀磨损和表面疲劳磨损列为磨损的主要类型，而把表面侵蚀，冲蚀等列为次要类型。

这些不同类型的磨损，可以单独发生，相继发生或同时发生（称为复合磨损形式）。

2磨损的检测与评定研究磨损要通过各种摩擦磨损试验设备，检测摩擦过程中的摩擦系数及磨损量（或磨损率）。

摩擦过程中从表面上脱落下来的材料（磨屑），记录了磨损的发展历程，反映了磨损机理，描述了表面磨损的程度。

发生磨损后的表面，同样有着磨损机理、磨损严重程度及其发展过程的记载。

因此研究磨屑和磨损后表面上的信息是研究磨损的重要一环。

2.1摩擦磨损试验机磨损试验的目的在于研究各种因素对摩擦磨损的影响，从而合理地选择配对材料，采用有效措施降低摩擦、磨损，正确设计摩擦副的结构尺寸及冷却设施等等。

摩擦磨损试验大体上可分为实验室试验，模拟试验或台架试验，以及使用试验或全尺寸试验三个层次，各层次试验设备的要求各不相同。

（1）实验室评价设备实验室设备主要用于摩擦磨损的基础研究，研究工作参数（载荷、速度等）对摩擦磨损的影响。

可以得到单一参量变化与摩擦磨损过程之间的关系。

超高分子量聚乙烯与45钢的摩擦磨损特性研究赵新泽;刘凡华;汪杰【摘要】在MMW-1万能摩擦磨损试验机上完成了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与45钢的摩擦磨损试验,研究了载荷和转速对其摩擦磨损特性的影响.结果表明:UHMWPE与45钢对磨时,20 N、320 r/min试验条件下摩擦系数最小,为0.04;50 N、320 r/min试验条件下摩擦系数最大,为0.81;相对轻载低速条件下主要存在磨粒磨损,相对重载高速条件下主要存在粘着磨损.%The friction and wear test between the ultrahign molecular weight polyethylene(UHMWPE) and 45 steel is finished on the MMW-1 universal friction and wear tester. The effects of speed and load on the friction and wear properties of UHMWPE is studied. The results show that when the friction and wear happened between UHMWPE and 45 steel, the minimum friction coefficient is 0. 04 under the conditions of speed of 320r/min and the load of 20 N; and the maximum friction coefficient is 0. 81 under the conditions of load of 50 N and speed of 320 r/min; and that it mainly happened abrasive wear under the relatively low speed and light load conditions; and it mainly happened adhesive wear under the relatively heavy load and high speed conditions.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(033)002【总页数】3页(P85-87)【关键词】UHMWPE;45钢;摩擦磨损特性;试验参数【作者】赵新泽;刘凡华;汪杰【作者单位】三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌443002;三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌443002;三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌443002【正文语种】中文【中图分类】TH117.1超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于具有优异的耐磨性(钢铁的8～9倍)、耐冲击性(聚碳酸脂PC的2倍;丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS的5倍;聚甲醛POM的15倍)、耐化学性和优良的消音性以及低摩擦系数等,在生物医学、微电子、化工机械等高新科技领域以及粮食加工,纺织机械等行业中已经得到越来越广泛的应用[1-3].近年来,国内外许多学者用销盘摩擦副对其摩擦磨损性能进行了试验研究,但销盘摩擦副在重载高速条件下存在失稳卡死等现象,本文对此问题进行了改进设计,探讨了干摩擦条件下不同转速和载荷对UHMWPE摩擦磨损性能的影响.1 试验部分1.1 试样制备将UHMWPE粉末倒入全自动热压镶嵌机(BUEHLER Simplimet 1000)中加热至180℃,保温保压20 min,冷却15 min后取出,尺寸为25 mm× 5mm×15mm,再用800目水砂纸打磨试样表面至粗糙度为1.6,作为上试样片.对磨件45钢外形尺寸φ 120mm×3mm圆盘,HRC50,用800目水砂纸打磨试样表面至粗糙度为0.8,作为下试样盘.试验前用丙酮超声清洗试样表面10min,干燥后置于干燥器中待用.1.2 试验过程利用济南试金集团生产的MMW-1摩擦磨损试验机完成试验.如图1(a)为原销盘摩擦副,下试样环上加工有一个盲孔与底座的短销进行配合定位,但在重载高速条件下,下试样环由于受载不对称容易发生翘曲,导致摩擦副出现失稳现象,甚至卡死.本文对此进行了改进,在设计夹具上装夹3个UHMWPE上试样片以保证对45钢下试样盘的加载对称,从而保证试验结果精确可靠,如图1(b)所示.图1 改进前后的摩擦副对比摩擦系数μ=T/(P◦r).式中,μ为摩擦系数;T为摩擦力矩(N◦m);P为载荷(N);r为摩擦半径(m).试验参数:转速200r/min、260r/min、320r/min,相对滑动线速度为0.96m/s、1.25 m/s、1.54m/s;载荷20N、50N、80N.根据试验参数的组合进行9次试验,每次试验总转数达10000转时停止,用HMV-1T显微硬度图像测量分析系统观察试样摩擦表面微观形貌.2 结果与讨论2.1 结果分析根据上述9组试验参数进行摩擦磨损试验,当试验转数达到10000转时,摩擦磨损已进入相对稳定阶段,记录此时的摩擦系数,结果如图2所示.由图2可以看出,随着载荷和转速的增加,摩擦系数总体呈现变大的趋势.当试验载荷逐渐增大时,转速相对较低(200 r/min)条件下摩擦系数的变化范围为0.08～0.27;但在转速相对较高(320 r/min)条件下摩擦系数出现了不规律变化,先从0.04增大至最大值0.81,后来又减小至0.55,表明了UHMWP的摩擦特性受转速的影响较大.图2 不同载荷和转速条件下的摩擦系数图3(a)所示为轻载低速条件下的摩擦系数-时间曲线,从图中可以看出,在0～600 s 期间磨损处于磨合期,摩擦系数逐渐减小.两摩擦副平面接触时,真正的接触只发生在个别粗糙峰(即微凸体)的顶部,当发生相对运动时,这些微凸体阻碍其运动使摩擦受到阻力较大,摩擦系数较高,大小约为0.56.随着时间的延长,摩擦表面上会形成一层润滑薄膜,可以减小试样间的摩擦力[4].此外,材料间不断的磨合使试样微观凹凸不平的表面逐渐变平,摩擦系数逐渐降低,摩擦开始进入稳定磨损阶段.直到转至10000圈时摩擦系数一直保持稳定而未出现明显变化,大小约为0.10.表明UHMWP在载荷20N、转速200 r/min条件下其摩擦特性良好并且非常稳定.当载荷和转速逐步增大,摩擦系数-时间曲线如图3(b)所示.在0～300s内,摩擦系数逐渐降低,从0.18降至0.16,随后摩擦系数一直呈线性增大,当转至10 000圈时摩擦系数仍然在变大,摩擦系数为0.31.此组试验条件下开始阶段的摩擦特性同轻载低速条件相似,摩擦系数都出现了降低,两者原因一致,都是因为在开始阶段,摩擦表面存在微观凹凸不平的表面,随着磨损时间的延长,这些微凸体逐渐磨平、阻力逐渐减小从而使摩擦系数降低.但此时载荷、转速较前者大,试验过程中会产生更多的摩擦生热,经过温度感应器检测到温度上升了约50℃,但轻载低速条件下前后温度没明显变化.经过多组试验数据曲线可以发现,当载荷、转速逐步增大时,温度均出现了上升,且摩擦系数也变大.由于UHMWPE是一种半结晶性的热塑性工程塑料,存在晶区和无定形区两相.当预热处理温度高于平衡熔点Tf时,在冷却过程中, UHMWPE内无定形区将会向结晶态转变;同时预热处理温度升高和时间延长会使高聚物产生热降解和氧化分解,最终会达到一个降解作用和结晶作用的动态平衡过程.此时温度升高,UHMWPE材料的结晶作用减弱,导致了其耐磨性降低[5].图3 不同试验参数下的摩擦系数-时间曲线当载荷和转速调到80 N、320 r/min时,摩擦系数-时间曲线如图3(c)所示.同前面两者一样,摩擦系数在开始阶段都会逐渐减小,当降至一定程度时又开始逐渐变大.在重载高速情况下其摩擦特性与前者相比存在明显不同,在900～1 200 s内,摩擦系数突然急剧增大,随后又快速下降,先从0.48增加到0.83,又从0.83降低到0.63,摩擦系数曲线出现一个明显的尖峰,随后摩擦系数缓慢减小.重载高速条件下摩擦所产生大量热能,经过检测,在900～1 000 s温度升至最高值约为200℃,而UHMWP熔点为130～136℃.当UHMWP表面温度升高会导致表面软化,两试样表面更加紧密粘黏在一起,真实接触表面积增加,摩擦粘着分量变大,摩擦力也变大[6],因此摩擦系数升高.当温度继续升高至UHMWP熔点,材料表面会出现熔融情况,在摩擦力的作用下使这些熔融部分出现了位错滑移,高温部分“搬移”到其他地方后,此处温度降低,摩擦系数开始出现降低.试验结束后观察UHMWP试样,发现试样直角棱边处出现了多余不规则形状的试样材料,如图4所示,证明在摩擦过程中UHMWP确实出现了熔融,材料出现了转移.2.2 表面形貌观察图5比较了3种典型条件下UHMWP试样的摩擦表面形貌.从(a)和(b)可以看出试样表面存在明显犁沟,由于UHMWP硬度比45钢小,在摩擦过程中45钢粗糙表面的凸峰嵌入UHMWP对其进行切削作用,切削下来的磨屑充当第三体发生了磨粒磨损.图(c)中磨损区域分布不均匀、无规律,且形状不规则.这是由于在高速重载情况下UHMWP试样表面温度升高,材料发生软化并且熔融紧密粘着在对磨材料表面.而UHMWP表面能较低,粘着在对磨材料表面的转移膜在滑动磨损剪切应力的作用下发生剥落,存在粘着磨损.图4 试验后的UHMWP试样图5 典型条件下UHMWP的摩擦表面形貌3 结论(1)在轻载低速条件下,UHMWP摩擦特性较好且稳定性强.(2)UHMWP摩擦系数受载荷、转速的影响较大,一般随着载荷、转速的增大而增大,并且温度也会随之升高.(3)相对轻载低速条件下主要存在磨粒磨损,相对重载高速条件下主要存在粘着磨损.参考文献:[1] 马超.超高分子质量聚乙烯的应用[J].辽宁化工, 2006,35(3):165-166.[2] 张知先.合成树脂与塑料牌号手册(上册)[M].北京:化学工业出版社,2006.[3] 吴培熙,张留成.聚合物共混合金[M].北京:化学工业出版社,2004.[4] 郭建良,雷毅,余炎群.销盘试验中影响超高分子量聚乙烯摩擦学性能的主要因素分析[J].润滑与密封, 2005,167(1):109-111.[5] 徐佩弦.高聚物流变学及其应用[M].北京:化学工业出版社,2003.[6] 郭治天,熊党生,葛世荣.不锈钢表面粗糙度对超高分子量聚乙烯摩擦磨损性能的影响[J].理化检验-物理分册, 2001,37(9):369-372.。

摩擦副表面损伤的磨损机理分析与优化设计引言摩擦副表面损伤是机械设备长期使用后常见的问题，会使机械设备的性能下降、寿命缩短，甚至导致机械故障发生。

因此，分析摩擦副表面损伤的磨损机理，提出优化设计方案，具有重要的理论和实践意义。

本文将从摩擦副表面损伤的机理入手，探讨优化设计的方法。

第一章摩擦副表面损伤的机理1.1 磨损的种类磨损主要包括三种类型：磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。

1.2 磨损的机理摩擦副表面损伤的主要原因是磨损。

当两个表面相互摩擦时，就会产生磨损。

当摩擦面两端的应力超过材料的强度时，就会发生裂纹、疲劳、塑性变形等损伤。

另外，环境因素也会影响磨损，例如腐蚀、高温等。

第二章优化设计的方法2.1 材料选择为避免摩擦副表面损伤，首先需要选择合适的材料。

摩擦副表面材料需要具有良好的摩擦性能，强度和硬度等性质，以抵抗磨损的发生。

常见的材料选择包括化学合成材料、金属材料等。

2.2 配合设计在进行配合设计时需要注意两个方面：一是合理的配合间隙；二是表面形状的改善。

合理的配合间隙能够使摩擦副之间产生必要的压力，表面形状的改善（如抛光）可以减少表面粗糙度，从而降低磨损。

2.3 润滑设计采用润滑设计能够在一定程度上降低摩擦副表面损伤的磨损。

润滑能够减少表面之间的接触，从而减少磨损，同时润滑还有散热的作用。

有利于摩擦面温度的降低，从而减少磨损。

2.4 表面处理有些表面处理方法能够提高摩擦副表面的耐磨性。

如化学镀铬，即在零件表面镀覆一层铬层；电化学镀铬，在零件表面电镀一层铬层；化学氮化，即在零件表面氮化形成一层三氮化铁层等等。

结论本文从摩擦副表面损伤的机理入手，探讨了优化设计的方法，包括材料选择、配合设计、润滑设计和表面处理等方面。

优化设计能够有效地减少摩擦副表面的磨损，提高机械设备的性能和寿命，具有极高的实际应用价值。

高速摩擦副的磨损与摩擦学特性分析摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑的学科，广泛应用于机械工程、材料科学和电子工程等领域。

在高速摩擦副中，摩擦学特性的分析对于提高摩擦副的性能和寿命至关重要。

本文将从摩擦副的磨损机制和摩擦学特性两个方面进行分析。

一、摩擦副的磨损机制摩擦副的磨损机制是指在摩擦副工作过程中，零件表面因相互之间的接触与摩擦而发生的材料的损耗和变化。

磨损机制是多种多样的，主要包括磨粒磨损、表面疲劳磨损、磨粒掠过等。

1. 磨粒磨损磨粒磨损是指外来硬颗粒在摩擦副中的接触与摩擦下导致零件表面的磨损。

这些磨粒可以是灰尘、颗粒或金属碎屑等。

当磨粒与零件表面接触时，会形成微小的凹坑和划痕，进而导致摩擦副的磨损加剧。

2. 表面疲劳磨损表面疲劳磨损是指由于零件在高速摩擦副中经受连续循环应力作用，从而引起轻微的塑性变形和疲劳破坏现象。

这种磨损通常表现为微小的裂纹和微观断层，进而导致零件表面的颗粒脱落。

3. 砂粒掠过砂粒掠过是指由于砂粒在摩擦副中的运动和颗粒与零件表面的接触与摩擦而导致的磨损。

当砂粒在高速中掠过零件表面时，会造成颗粒的嵌入和划伤，进而导致零件表面的磨损。

二、摩擦学特性的分析摩擦学特性是指摩擦副在摩擦过程中所表现出的性质和行为。

具体而言，摩擦学特性包括摩擦系数、摩擦热和磨损率等。

1. 摩擦系数摩擦系数是反映摩擦副表面之间摩擦阻力大小的物理量。

摩擦系数的大小受到多种因素的影响，例如表面粗糙度、润滑状态和温度等。

在高速摩擦副中，摩擦系数的减小可以降低能量损耗和摩擦副的磨损。

2. 摩擦热摩擦热是指在摩擦副工作过程中由于摩擦而产生的热量。

摩擦热的大小与摩擦系数和摩擦副的速度有关。

过高的摩擦热可能会导致摩擦副的脱离和热变形，因此在摩擦副设计中，必须考虑摩擦热的有效散热方式。

3. 磨损率磨损率是指单位时间内摩擦副表面的磨损量。

高速摩擦副的磨损率通常较大，因此在摩擦副设计中，应选择耐磨性好的材料和合适的润滑方式以降低磨损率。

摩擦副性能仿真分析与磨损性能研究摩擦副是工程中常见的一种机械传动装置，它通过两个物体的相对运动产生摩擦力来实现传递动力或变换运动的目的。

但是，由于长时间的摩擦运动，摩擦副部件会出现磨损现象，导致传动效率下降、噪音增加、寿命缩短等问题。

因此，对于摩擦副的性能分析和磨损性能研究具有重要意义。

在工程实践中，为了减小摩擦副部件的磨损，提高传动效率和寿命，常常需要进行性能仿真分析和磨损性能研究。

本文将从仿真分析和磨损性能两个方面来探讨这一问题。

首先，我们来看一下摩擦副性能的仿真分析。

通过仿真分析可以准确地预测摩擦副在不同工况下的性能指标，如载荷承载能力、摩擦系数、摩擦功率损失等。

这些指标可以为工程师选择合适的材料和设计参数提供参考，从而优化摩擦副的设计。

常用的仿真方法包括有限元法、多体系统动力学仿真、热力学仿真等。

通过这些仿真方法，可以快速准确地获得摩擦副的性能数据，为后续研究奠定基础。

其次，我们来谈谈磨损性能的研究。

摩擦副部件的磨损是由于摩擦表面之间的接触应力和相对运动而产生的。

了解摩擦副材料的磨损机理，可以帮助我们选择合适的材料和润滑方式来减少磨损。

目前常见的研究方法包括实验研究和数值模拟研究。

实验研究可以通过磨损试验仪来模拟真实的工作条件，探究不同工况下摩擦副的磨损规律。

而数值模拟研究则可以通过建立摩擦副的数学模型，利用计算机仿真软件进行磨损分析，预测摩擦副的磨损情况。

这些研究方法相辅相成，可以为我们深入理解摩擦副的磨损机理提供重要的理论支持。

除了上述两个方面的研究，我们还需要关注摩擦副磨损的常见问题及其解决方案。

例如，在高温和高压工况下，摩擦副的磨损会更加严重。

为了解决这一问题，可以选择具有良好高温高压性能的材料，或者采用润滑剂来减少摩擦表面之间的接触应力。

另外，摩擦副中的油膜形成和断裂也是一个重要的问题。

通过优化润滑条件和设计参数，可以改善油膜的形成和破坏过程，从而减少摩擦副的磨损。

总结一下，摩擦副的性能仿真分析和磨损性能研究对于提高工程装置的传动效率和寿命至关重要。

机械摩擦副的磨损与摩擦性能研究机械摩擦副是工程中常见的一种装置，它由两个物体表面之间的接触处组成。

而随着工作时间的增加，机械摩擦副中的磨损问题开始浮现。

本文将探讨机械摩擦副的磨损与摩擦性能研究。

首先，我们需要了解机械摩擦副的磨损机理。

在机械摩擦副中，两个物体表面的微小不平整之间相互摩擦和磨擦会导致表面材料的磨损。

这种磨损过程主要是由机械撞击、剪切和磨蚀等力学作用引起的。

摩擦副中的摩擦力和接触面的承载力是造成磨损的主要因素。

因此，研究机械摩擦副的磨损机理对于提高其使用寿命和效能至关重要。

为了研究机械摩擦副的磨损行为，许多学者和研究机构进行了广泛的研究。

他们采用了多种方法和技术来评估摩擦副表面的磨损情况，如扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和光学显微镜等。

通过这些技术，可以观察到表面的细微变化，从而了解摩擦副在工作过程中的磨损特征。

另外，我们还可以通过一系列实验来研究机械摩擦副的摩擦性能。

例如，在实验中可以改变不同工况下的温度、速度和负载等条件，观察摩擦副的摩擦系数和磨损率的变化。

此外，还可以使用 tribometer 这样的摩擦学测试仪器进行实验来模拟真实的工作环境。

这些实验数据可以提供有关机械摩擦副摩擦性能的重要信息。

除了实验方法，数值模拟也成为了研究机械摩擦副的常用手段之一。

通过建立合适的摩擦力学模型和计算方法，可以对摩擦副在不同工况下的摩擦特性进行模拟和分析。

这种数值模拟方法的优势在于可以预测和优化机械摩擦副的设计和性能。

在研究机械摩擦副的磨损与摩擦性能时，我们还需要考虑材料选择的影响。

不同的材料对摩擦副的性能有着重要影响，如金属、聚合物、复合材料等。

因此，进行材料的磨损性能评估和选择对于提高机械摩擦副的使用寿命和性能至关重要。

最后，我们需要关注机械摩擦副的润滑。

适当的润滑可以有效降低机械摩擦副的磨损和摩擦系数。

润滑可以采用干摩擦、润滑剂或固体润滑剂等方式进行。

研究润滑对机械摩擦副的影响，可以为改善摩擦副的性能提供重要的参考和指导。

第卷第期摩擦学学报年月钢钢摩擦副的滚动磨损特性研究刘启跃周仲荣石心余西南交通大学摩擦学研究所四川成都摘要通过对液压式试验台夹具进行改造研制了往复滚动试验装置以实现对运动位移和表面摩擦力的精确控制利用该装置考察了表面摩擦力变化对钢钢摩擦副滚动磨损特性的影响结果表明随着表面摩擦力的增加钢的滚动磨损明显加剧磨损机制亦发生变化关键词钢钢滚动磨损性能中图分类号文章标识码文章编号由于滚动摩擦阻力较小滚动接触在工程系统中得到了广泛的应用如铁路运输系统中的车轮与钢轨的接触形式即是最典型的滚动接触形式随着表面摩擦力的增加滚动摩擦阻力迅速增大如对车轮施加牵引或制动力矩车轮和轨道表面材料的磨损将急剧增大因此研究表面摩擦力对滚动磨损特性的影响对有效地减轻车轮与钢轨表面磨损具有重要意义针对滚动磨损特性的研究相对于滑动形式而言不够深入这主要是由于滚动比较复杂为了实现连续滚动试验往往采用个圆盘对滚接触点为弧面这样不便于进行磨损特征的分析本文作者通过对液压式试验台夹具进行改造研制出往复滚动试验装置并通过试验研究揭示了表面摩擦力对滚动磨损特性的影响采用该装置可以精确控制运动位移和施加制动力可实现滚轮与平面接触滚动形式以便于对平面试件表面的滚动磨损特性进行微观分析实验部分实验所用的滚动试验装置如图所示摩擦副的接触形式为滚动轴承与平面接触方式滚动轴承座固定在活塞上进行往复运动其中平面试样固定并与高精度的载荷传感器连接以测定表面摩擦力由高精度精度为液压伺服系统控制运动位移其变化范围处于之间通过向滚动轴承顶部施加压力而获得制动力矩表面摩擦力随制动力矩的增加而增大滚动轴承试样材料采用钢平面试样材料采用钢其机械性能见表图滚动试验装置示意图表摩擦副材料的机械性能试验参数为运动位移幅值法向载荷频率滚动轴承的外径接触宽度为循环次数温度为湿度试验前用丙酮对试样进行清洗然后施加法向载荷利用载荷传基金项目国家自然科学基金资助重点项目收稿日期修回日期联系人刘启跃作者简介刘启跃男年生博士教授目前主要从事材料的摩擦磨损性能研究感器显示施加的外加表面摩擦力试验过程中记录不同循环次数下表面摩擦力随位移变化的曲线即摩擦特性三维图摩擦力位移循环次数利用计算机进行数据记录与处理通过接触表面之间的摩擦力变化曲线及位移量和循环次数时间来描述整个滚动的动态变化过程试验结束后对试样表面的磨痕进行微观分析结果与分析图所示是种滚动工况下的摩擦特性三维图图滚动摩擦特性三维图摩擦力位移循环次数可以看出自由滚动下摩擦阻力较小表面摩擦力仅为摩擦系数仅为在次循环过程中摩擦力基本保持不变图在其余种滚动工况下根据所施加的制动力距的不同表面摩擦力分别为和图和中摩擦系数分别为和滚动过程中摩擦系数变化不大图中摩擦系数达到其运动形式仍是滚动此时接触表面磨损加剧在运动过程中接触面的摩擦力有少许下降就本文所采用的试验装置而言当摩擦系数大于后接触区域将发生完全滑动图所示为当循环次数为次时平面试样磨损深度随摩擦力的变化关系曲线可见在自由滚动条件下的钢的磨损较轻微随着表面摩擦力的增加其磨损深度急剧增大图示出了钢表面磨痕的形貌照片可见其磨损表面主要呈轻微划伤迹象划痕与运动图平面试样磨损深度随表面摩擦力变化的关系曲线方向一致图自由滚动摩擦阻力主要是变形阻力而磨痕主要为塑性变形的压痕和划痕磨损深摩擦学学报第卷图碳钢平面试样表面磨痕形貌照片度较小对滚动施加一定的制动力距后表面摩擦力增大滚动接触点存在一定的滑差即有滚滑作用此时在磨痕区域可见明显的犁削痕迹且划痕加深磨损深度有所增大图随着外加制动力距的增大表面摩擦力增大滑差增加表面之间滑移量增加磨损加剧钢摩擦副接触表面间因摩擦热形成冷焊点的可能性增大粘着磨损增加部分磨屑呈片状剥落当表面摩擦力增大达到一定值后磨损形式发生变化磨损表面有明显划痕并呈较明显的疲劳磨损和粘着磨损迹象图当表面摩擦力继续增大时磨屑呈大块片状剥落磨痕无明显的方向性主要磨损机制为粘着磨损和疲劳磨损图与滑动摩擦不同滚动摩擦两表面的粘着点分离发生于垂直于界面方向因此磨损表面的磨痕方向性不明显综上所述钢钢摩擦副的滚动磨损机制随着表面摩擦力的改变而变化当表面摩擦力较小时磨损轻微随着摩擦力的增大钢表面氧化膜的破裂速度增大粘着磨损加剧并呈现疲劳磨损特征结论在纯滚动条件下钢平面试样磨痕主要为轻微的磨粒磨损表面只有轻微的划伤随着表面摩擦力增加磨损形式发生变化从磨粒磨损逐渐转变为粘着磨损在表面磨痕处有明显的剥离磨屑磨损深度剧增参考文献邱海波裴有福金元生塑性变形对钢轨磨损影响的试验研究摩擦学学报第期刘启跃等钢钢摩擦副的滚动磨损特性研究摩擦学学报第卷45#钢/GCr15钢摩擦副的滚动磨损特性研究作者：刘启跃， 周仲荣， 石心余， LIU Qi-yue， ZHOU Zhong-rong， SHI Xin-yu作者单位：西南交通大学 摩擦学研究所,刊名：摩擦学学报英文刊名：TRIBOLOGY年，卷(期)：2001,21(1)被引用次数：7次1.Clayton P Tribological aspects of wheel-rail contact:a review of recent experimental research 19962.Bogdanov V M;Markov D P;Penkova G I Working and engineering hardening of wheel contact surfaces 19993.Jian S;Sawley S J;Stone D H Progress in the reduction of wheel spalling 19984.Sato M;Anderson P M;Rigney D A Rolling-sliding behavi or of rail steels 19935.邱海波;裴有福;金元生塑性变形对钢轨磨损影响的试验研究 1996(01)1.刘启跃.朱曰文.周仲荣.陈光雄.Liu Qiyue.Zhu Minhao.Zhou Zhongrong.Chen Guangxiong油润滑对微动摩擦特性影响的研究[期刊论文]-机械工程学报2000,36(12)2.何毓珏.陈光雄.刘启跃.朱旻昊.周仲荣过渡区的摩擦特性研究[期刊论文]-润滑与密封2002(6)3.马世兰.刘建华.刘天宝.杨任水力机械泥砂磨损的试验研究[期刊论文]-通用机械2005(12)4.郭林茂.王泽爱.周仲荣.GUO Lin-mao.WANG Ze-ai.ZHOU Zhong-rong干态及脂润滑条件下微动磨损白层的对比研究[期刊论文]-中国表面工程2008,21(1)5.郭俊.张伟.王文健.刘启跃.Guo Jun.Zhang Wei.Wang Wenjian.Liu Qiyue车轮钢摩擦副滚动摩擦磨损特性研究[期刊论文]-润滑与密封2006(12)6.赵联春润滑对球轴承振动特性的影响[会议论文]-20047.孙志永.姚文席.王科社.祁志生.Sun Zhiyong.Yao Wenxi.Wang Keshe.Qi Zhisheng摩擦磨损试验台及其自动控制[期刊论文]-新技术新工艺2001(2)8.陈光雄.石心余在有或无摩擦噪声状态下磨痕形貌的观察[期刊论文]-中国表面工程2002,15(2)9.陈光雄.石心余往复滑动频率和法向力对摩擦噪声强度影响的实验研究[期刊论文]-润滑与密封2002(5)10.黎红.周仲荣生物摩擦学与环境友好摩擦学的研究进展[期刊论文]-中国口腔种植学杂志2001,6(4)1.王爱琴.谢敬佩.王文焱.李继文.李洛利ZG310-570/ZG31Mn2Si摩擦副滚动磨损特性研究[期刊论文]-铸造2005(12)2.王文健.刘启跃.周仲荣车轮钢滚动剥离摩擦磨损特性研究[期刊论文]-摩擦学学报 2005(5)3.王步康.谢友柏钢轨短波波磨的产生机理[期刊论文]-摩擦学学报 2001(5)4.郭俊.张伟.王文健.刘启跃车轮钢摩擦副滚动摩擦磨损特性研究[期刊论文]-润滑与密封 2006(12)5.刘启跃.张波.周仲荣.张卫华滚动轮波形磨损实验研究[期刊论文]-摩擦学学报 2003(2)6.张殿武.李积亮.王文焱.张益华.陈殿云.谢敬佩拖拉机履带板与支重轮摩擦副的磨损试验[期刊论文]-洛阳工学院学报(自然科学版) 2001(4)7.李征.王文健.刘启跃纳米添加剂对GCr15/1045钢摩擦磨损性能的影响[期刊论文]-中国表面工程 2011(6)本文链接：/Periodical_mcxxb200101008.aspx。

45# 钢的磨损性能和磨损机制孙*（齐鲁工业大学机械与汽车工程学院 20130102****）摘要：45# 钢是最常见的结构钢材之一，价格便宜，并可以制造强度要求较高的零件，是机械制造中广泛应用的中碳优质碳素结构钢。

它具有良好的切削加工性能，通常在调质或正火状态下使用，经调质成索氏体时，具有高的强度和塑性等综合力学性能。

磨损是金属材料最常见的失效形式之一，基于这种材料的广泛使用，关于它的磨损性能的研究具有非常积极的意义。

关键词：45# 钢；磨损性能；微观组织Abstract：45 Steel is one of the most common structural steel, cheap, and can manufacture parts requiring high strength, carbon is of high quality carbon structural steel widely used in machinery manufacturing. It has good cutting performance, usually in the use of quenched and tempered or normalized condition, when quenched and tempered into sorbite, has high mechanical strength and ductility properties and the like. Wear failure is the most common form of a metallic material, based on the widespread use of this material, on its research and Wear Properties has a very positive meaning.Keywords：45 steel;wear resistance;microstructure前言：磨损指摩擦体接触表面的材料在相对运动中由于物理作用，间或伴有化学作用而产生的不断损耗的现象。

2024年第48卷第4期Journal of Mechanical Transmission材质对谐波减速器刚轮的耐磨性能影响穆晓彪1葛艺2高明艳1杨国强1张朝磊2（1 北京中技克美谐波传动股份有限公司，北京101318）（2 北京科技大学碳中和研究院，北京100083）摘要采用3种谐波减速器用刚轮材料——2Cr13不锈钢、40Cr中碳合金钢、45钢，通过对其显微组织、硬度、三维及二维形貌的显微磨损、摩擦因数的分析，探究不同材料耐磨性能的差异。

结果表明，2Cr13、40Cr的显微组织为回火索氏体，45钢的显微组织为铁素体与珠光体。

2Cr13、40Cr硬度相近且远大于45钢。

2Cr13磨损形貌为黏着与剥落，磨损机制为黏着磨损；40Cr、45钢磨损形貌为犁沟与剥落、犁沟与黏着，磨损机制为磨粒磨损。

3种材料的摩擦因数相差可忽略不计。

2Cr13、40Cr、45钢截面的磨损面积分别为5 008、1 645、6 535 µm2。

硬度相近下，40Cr表现出比2Cr13更优异的耐磨性能。

45钢与摩擦副材料的硬度值相差最大，耐磨性能最差。

关键词谐波减速器刚轮材质磨损机制耐磨性能Influence of Material in Circular Splines of Harmonic Reducers on Wear Resistance Mu Xiaobiao1Ge Yi2Gao Mingyan1Yang Guoqiang1Zhang Chaolei2(1 Beijing CTKM Harmonic Drive Co., Ltd., Beijing 101318, China)(2 Institute for Carbon Neutrality, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)Abstract Three kinds of circular spline materials are studied for harmonic reducers, stainless steel 2Cr13, medium carbon alloy steel 40Cr, carbon 45 steel. Through the analysis of microstructure, hardness, three-dimensional and two-dimensional morphology in microwear and friction coefficient, the differences in wear resistance of different materials are attained. The results show that the microstructures of 2Cr13 and 40Cr are tempered sorbite, and the microstructure of 45 steel is ferrite and pearlite. The hardness of the 2Cr13 and 40Cr is similar and much larger than that of the 45 steel. The morphology of 2Cr13 is adhesion and spalling, and the wear mechanism is adhesion wear. The morphology of 40Cr and 45 steel is furrow and spalling, furrow and adhesion, and the wear mechanisms are abrasive wear. The friction coefficients' differences of the three materials are negligible, and the area of wear of 2Cr13, 40Cr and 45 steel are 5 008 µm2, 1 645 µm2and 6 535 µm2. 40Cr exhibits better wear resistance than 2Cr13 with similar hardness. The hardness difference between 45 steel and the friction pair material is the largest, and the wear resistance of the 45 steel is the worst.Key words Harmonic reducer Circular spline materials Wear mechanism Wear resistance0 引言作为一种精密减速器，谐波减速器由刚轮、柔轮与波发生器构成，具有传动比大、体积小、质量轻、传动精度高、结构简单等优点[1]，在工业自动化制造、航空航天空间等领域有广泛应用[2-5]。