第7卷 第3期 热 喷 涂 技 术
V ol.7, No.32015年9月 Thermal Spray Technology Sep., 2015
曲绍君１，王旭２，３，杜倩４
（1.北京航空制造工程研究所，北京 100024；2.北京矿冶研究总院，北京 100160；
3.北京市工业部件表面强化与修复工程技术研究中心，北京 102206；
4.首钢技术研究院，北京 100043）
摘要：本文用高硬度淬火钢制成的磨销与不同硬度的淬火回火钢制成的磨盘配副在摩擦磨损实验机上进行销-盘法摩擦磨损实验，通过测量磨损率研究并得到了磨盘硬度、实验应力和摩擦速度对磨损率影响的规律。关键词：销-盘法；粘着磨损；磨盘硬度；磨损率 中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7127（2015）09-0008-07 DOI 10.3969/j.jssn.1674-7127.2015.03.008
tpg1
Study on Factors of Pin-on-disc Wear Testing
QU Shao-jun 1，W ANG Xu 2，3，DU Qian 4
(1.A VIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute ，Beijing 100024，China ；
2.Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy ，Beijing 100160，China ；
3.Beijing Engineering Technology Research Center of Surface Strengthening and Repairing of Industry parts ，Beijing 102206，
China ；4.ShouGang Research Institute of Technology ，Beijing 100043，China)
Abstract ：In this paper, the pin made of high hardness quenching steel glided on different hardness discs which were made of quenching and tempering steels. In order to clarify the effects of disc hardness, experimental stress and friction speed, weighting method was used to measure the wear rate.
Keywords ：Pin-on-disc wear testing ；Adhesive wear ；Friction pairs hardness ；Wear rate
基金项目：国家国际科技合作项目（2013DFB50390）/德国
作者简介：曲绍君(1990- )，黑龙江省桦川县人，硕士在读. Email ：qsj1328@126.
据统计，世界工业化发达的国家约30%的能源是以不同形式消耗在磨损上的[1]。如在美国，根据美国评议局（OTA ）报告显示，每年由于摩擦磨损和腐蚀造成的损失约1000亿美元，其中飞机由于磨损造成的损失为134亿美元，船舶为64亿美元，汽车为400亿美元，而切削机床每年维修费用为750亿美元，占国民经济总收入的4%[2]。在我国每年因磨损消耗的金属耐磨材料约300万吨以上。分布在冶金、矿山、电力等领域，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民
币[3]。
对于工程应用中的摩擦磨损来说，人们通常采取表面处理的方法来提高接触面的耐磨性，比如热喷涂（焊）、激光淬火、镀硬铬等等，而对于表面处理的效果往往利用实验室条件进行模拟工况，并对其进行考评 [4]。销-盘法摩擦磨损实验是常用的平面接触形式的磨损实验方法。在一般的材料粘着耐磨性实验中，通常根据材料的服役工况，固定选用某一材料作为磨盘材料，在实验中改变载荷（应力）、转速（速度）和磨销来
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评估在不同工况下不同材料的耐磨性优劣，却很少有人对摩擦配副的选择提出质疑[5-7]。
本研究确定用多种硬度的磨盘材料与单一硬度的磨销配副，考察不同应力和摩擦速度条件下对磨损率的影响。
１实验
1.1实验材料
实验材料的具体化学成分如表1所示。磨销由中碳合金钢A1淬火所得，硬度为600HB 。磨盘由合金钢B1和B2热处理成不同硬度：220HB 、300HB 、400HB 、450HB 、500HB 、580HB 。这里将磨销做成标准规格的销子，磨盘做成标准规格的摩擦副圆盘。试样加工尺寸如图1和图2所示。
表1 实验材料化学成分
knnTable1 The chemical composition of testing steels
C
Si Mn P S Cr Mo B
在遥远的时空中
Al
Ti
磨销A10.400.250.750.0100.002 1.050.150.00120.0400.015磨盘
B10.170.85 1.600.0100.003--0.00150.0430.022B2
0.34
0.31
0.81
0.013
0.002
1.02
结构补强
0.17
0.00110.037
0.025
图1 磨销的尺寸规格
Fig.1 The specification of the testing pin
图2 磨盘的尺寸规格
Fig.2 The specification of the testing disk 1.2摩擦磨损实验
摩擦磨损实验在MG-2000高速高温摩擦磨损实验机上进行，试验环境为室温干燥环境，接触面粗糙度Ra=0.8μm 。该实验机是立轴销盘式的磨损实验机，在本机上进行端面滑动摩擦实
验，以测定在选定的载荷、速度和环境温度下各种金属材料的摩擦系数和耐磨性能[8]，其实验机原理见图3，实验机参数：转数250~3000r/min ，载荷10~2000N 。本实验采取实验机转数250r/min （摩擦副线速度0.785m/s ）、400r/min （摩擦副线
速度1.256m/s ）、500r/min （摩擦副线速度1.57m/s ），载荷选取60N （假设摩擦副断面全接触的情况下的最低平均应力2.12MPa ），80N （最低平均应力2.83MPa ），100N （最低平均应力3.54MPa ）磨损时间10min 。对于销的磨损量可以用称重法进行测定，每次实验用万分之一电子天平称重两次取平均值，
然后计算失重，用每千米失重来表示试样的磨损率。
图3 摩擦磨损实验机原理示意图
Fig.3 Sketch map of working principle of testing tester
沙河市第二高级中学
第3期 · 43 ·
２结果与讨论
2.1实验材料热处理后显微组织
本实验中的磨销及磨盘材料均为低、中碳钢低合金钢，热处理工艺及经过热处理后得到显微组织如图4
所示。
图4 磨销及磨盘材料在热处理后的显微组织
Fig.4 Microstructures of testing pin and disks subjected to various heat-treatments
(a)B1-220, 860℃×1h WQ+600℃×1h AC ；(b)B1-300, 860℃×1h WQ+450℃×1h AC ；(c)B1-400, 86
0℃×1h WQ+200℃×1h AC ；(d)B2-450, 890℃×1h WQ+350℃×1h AC ；(e)B2-500, 890℃×1h
WQ+250℃×1h AC ；(f)B2-580, 890℃×1h WQ ；(g)A1-600, 860℃×1h WQ
2.2摩擦磨损实验结果
2.2.1 600HB-220HB 配副磨损实验结果
B1-220HB 的磨盘是本实验中硬度最低的材料，其显微组织为回火索氏体组织。图5是磨损率在0.785m/s 、1.256m/s 和1.57m/s 的摩擦速度条件下随应力变化的曲线，以及在2.12MPa 、
2.83MPa 、
3.54MPa 的应力条件下随摩擦速度变化的曲线。结果显示，磨销的磨损率随着实验应力和速度的增加而增加，但是相对而言，摩擦速度对磨损率的影响更加显著，尤其是在高应力的磨
损条件下。
图5（a ）磨损率随应力变化的曲线；（b ）磨损率随速度变化的曲线Fig.5 (a)The curve of wear rate-stress ；(b)The curve of wear rate-linear velocity
销-盘法摩擦磨损实验的影响因素研究
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2.2.2 600HB-300HB配副对磨实验结果
B1-300HB磨盘显微组织为回火屈氏体组织。磨损率在0.785m/s、1.256m/s和1.57m/s的摩擦速度条件下随应力变化的曲线和在2.12MPa、2.83MPa、3.54MPa的应力条件下随摩擦速度变化的曲线如图6所示。结果显示，在低的摩擦速度下，磨销的磨损率随着实验应力的增加而增加比较缓慢；但在高的摩擦速度下，磨损率随着应力的增加急剧增加。在低应力条件下，磨损率随着摩擦速度的增加而增加到一定值后就不再增加；但是在高的应力条件下，磨损率随着摩擦速度的增加
而持续增加。
图6 （a）磨损率随应力变化的曲线（b）磨损率随速度变化的曲线
Fig.6 (a)The curve of wear rate-stress；(b)The curve of wear rate-linear velocity
图7 （a）磨损率随应力变化的曲线；（b）磨损率随速度变化的曲线
Fig.7 (a)The curve of wear rate-stress；(b)The curve of wear rate-linear velocity
2.2.3 600HB-400HB配副对磨实验结果
B1-400HB的磨盘显微组织为回火马氏体组
织。磨损率随应力和速度变化的曲线如图7所示。
结果显示，在低的摩擦速度下，磨销的磨损率随
着实验应力的增加而增加比较缓慢；但在高的摩
擦速度下，磨损率随着应力的增加急剧增加。在
低应力条件下，磨损率随着摩擦速度的增加而增
加到一定值后就不再增加；但是在高的应力条件
下，磨损率随着摩擦速度的增加而持续增加。
第3期 · 45 ·
图8 （a ）磨损率随应力变化的曲线；（b ）磨损率随速度变化的曲线Fig.8 (a)The curve of wear rate-stress ；(b)The curve of wear rate-linear velocity
图9 （a ）磨损率随应力变化的曲线；（b ）磨损率随速度变化的曲线Fig.9 (a)The curve of wear rate-stress ；(b)The curve of wear rate-linear velocity
2.2.4 600HB-450HB 配副对磨实验结果
B2-450HB 的磨盘显微组织为回火马氏体组织。磨损率随应力和速度变化的曲线如图8所示。结果显示，磨损率随着实验应力的增加而增加，磨损率对应力的敏感系数随着摩擦速度的增加而
增大。磨损率随着摩擦速度变化而变化的幅度不大，变化趋势与实验应力有关：在高应力条件下，磨损率随着摩擦速度增加而增加；在低应力条件下，磨损率随着摩擦速度增加而降低。总体而言，
实验应力对磨损率的影响比摩擦速度的影响显著。
2.2.5 600HB-500HB 配副对磨实验结果
B2-500HB 的磨盘显微组织为回火马氏体组织。磨损率随应力和速度变化的曲线如图9所示。结果显示，磨损率随着应力的增加而增加，磨损率对应力的敏感系数随着摩擦速度的增加而增大。
在低应力（2.12MPa ）状态下，磨损率随着摩擦速度的增加而单调降低；在中、高应力（2.83MPa 、3.54MPa ）状态下，磨损率随着摩擦速度的增加先
降低、后升高。
销-盘法摩擦磨损实验的影响因素研究
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