材料磨损过程中产生的电位变化行为初探

图3 淬火状态45钢磨损过程中表面电位随摩擦线速度递增时的变化趋势?

a. 500号砂纸；b. 320号砂纸；c. 100号砂布；d. 32号砂布


图4 水韧处理状态高锰钢磨损过程中表面电位随摩擦线速度递增时的变化趋势?

a.500号砂纸；b.320号砂纸；c.100号砂布；d.32号砂布


图5 铸态高锰钢磨损过程中表面电位随摩擦线速度递增时的变化趋势?

a.500号砂纸；b.320号砂纸；c.100号砂布；d.32号砂布

2.2 磨料粒度对电位的影响?

图2～5表明当用500号和320号砂纸作为对磨材料时，各试样的电位都趋于随摩擦速度增加而平稳上升，并且对同一试样随磨料粒度增加（从500号到320号）试样电位变化趋势相近但电位值降低。由于附着在上述砂纸上的磨料粒度分别为20～50μm，在试样与砂纸的接触面上有60～30个接触点，试样与磨料的每个接触点上就只能分配到很低的应力，磨损过程中纯摩擦的成分相对较大，试样与磨料颗粒接触的局部也主要产生塑性流变，这时电位变化就表现得相对稳定，500号砂纸较320号砂纸而言在单位接触面上有更多的接触点，因而在磨损过程中显现出更高的电位值。100号和32号砂布上磨料粒度分别为160～300μm，试样表面与磨料仅有10～5个接触点，分配在试样表面每一接触区域的应力明显增大，试样表层被切削和撕裂形成相对较大磨屑的机率增加，由此造成试样电位的起伏变化。此外由于实际接触区域减小，表现出的电位值亦明显降低。上述结果表明材料磨损过程中磨面环境的变化能够较灵敏地通过试样上的电位变化得到及时反映。?

2.3 不同材质及状态材料磨损时的电位变化规律?

由图2～5可见当磨料粒度较细，磨损应力较低时，各试样的电位变化趋势相近，这就提示了此时各试样受磨损的机制相近，淬火态的45钢硬度高磨损率低，磨损中纯摩擦的因素更高，因而电位值高于其他各试样，并且这种趋势在与粒度最细的500号砂纸的磨损中表现最明显。随磨料粒度增加试样磨损中的电位值出现起伏，其中45钢在与100号、32号砂布的磨损中，随摩擦速度增加，电位值表现出下降趋势，调质态的45钢与3号砂布磨损中，电位出现较大幅度振荡，提示试样表面出现强烈形变和撕裂，而淬火态45钢在高速磨损中出现的电位迅速降低的趋势则提示了形成磨屑的脆性崩裂过程。与调质态和淬火态45钢明显不同的是水韧处理和铸态的高锰钢试样在与100号、32号砂布的磨损过程中，随摩擦速度增加试样电位都出现了总体上升的趋势，这可以与这种奥氏体材料良好的加工硬化性能联系起来，反映了材料在较高应力磨损下磨屑形成前较持久的形变硬化过程，同时也反映了这种加工硬化能力需要在较高的应力环境中才有良好表现，这与通常使用这种材料的常识是十分吻合的。高锰钢在水韧处理状态较之铸态具有更均匀致密的组织，从对1号砂布的磨损结果看水韧处理的高锰钢试样保持了更平稳的电位上升趋势。所有这些都说明磨损中试样表现出的电位变化与材料组织状态有着紧密联系，并动态反映了材料磨损的微观过程。?

3 结 论?

3.1钢铁材料磨损试验中可以产生能被检测到的电位变化信号，由此可动态研究材料的磨损过程及机理。?

3.2材料磨损过程中，试样产生的电位变化趋势随磨料粒度及所受应力水平的变化而变化，细粒度磨料低应力水平下电位随摩擦速度增加而平缓上升，粗颗粒磨料较高应力水平下电位变化出现起伏。?

3.3材料组织及状态的变化对磨损试样的电位变化有明显影响，对100号、32号砂布的磨损中，调质态和淬火态45钢出现电位起伏并随摩擦速度增加而呈下降趋势，同样情形下高锰钢试样电位则随摩擦速度增加而呈上升趋势，分别提示了各试样磨损中磨屑形成所对应的撕裂、脆性崩裂、及充分形变硬化后成屑等不同磨损机理。?

参考文献

［1］ K.H.哈比希. 材料的磨损与硬度［M］.北京：机械工业出版社.1987.47.?

［2］ D.S.Boudreaux,H.J.Juretschke.Electronic structure of surfaces: introduction and theoretical. Honda Memorial series on materials science,No.1,Structure and properties of metal surfaces［M］.

《材料磨损过程中产生的电位变化行为初探(第2页)》