第四章 摩擦过程中金属表
层的变化
摩擦过程, 是一个物体施载于另一物体的相
对运动过程。受力物体必然发生变形。摩擦产
生的热量使摩擦表面温度升高。力和热共同作
用，使摩擦表面发生一系列变化。主要是：
⑴表面几何形状的变化
⑵表层晶体缺陷及组织结构的变化
⑶表面膜的变化
§ 1 摩擦表面几何形状的变化
1.摩擦副滑动时, 表面粗糙度不断变化
而趋于一个稳定值 。
2.平衡粗糙度：把摩擦磨损过程中, 除
了摩擦初期外, 在任何后继过程中都会
重复出现的固定不变的粗糙度 。
3.平衡粗糙度可理解为在磨合过程结束
后, 摩擦状态不变时在摩擦表面新形成
的粗糙度, 且与原始粗糙度无关 。
一,表面和次表面应力
摩擦过程中物体不仅受法向载荷作用, 而且两物体
在切向力作用下要发生相对运动 。
两固体接触时，材料中最大剪应力的位置非常重要，
因为磨屑的最初形成与最大剪应力位置有关。
§ 2 表面受力与变形
1.金属摩擦表面塑性变形的特点
⑴ 摩擦表面的接触首先发生在较高的微凸体
上, 随外力加大, 发生接触的微凸体数目增
多, 且接触微凸体将发生弹塑性变形 。
⑵摩擦表面的塑性变形是不连续的、反复发
生的。其程度由摩擦工况条件决定。
二,塑性变形
⑶ 摩擦表面的接触状态决定了应力状态的不
均匀性，这将导致巨大微观应力。
⑷摩擦表面的近表层（ 10～ 100nm）塑性变
形组织呈强烈的方向性，产生表面层织构。
⑸摩擦表面晶体缺陷密度大。
分两种情况：
① 在摩擦表面上塑性变形程度最严重, 随
距表面距离增加, 塑性变形程度下降, 最
后是无变形的金属基体 。
②在次表层中某一深度处塑性变形程度最
严重，随深度增加，塑性变形程度下降，
最后是无变形的金属基体。
2.塑性变形沿深度的分布
⒈ 摩擦过程中, 金属晶体的结构缺陷如空位, 位
错及面缺陷 （ 孪晶界, 晶界, 晶粒位向变化等 ）
和体缺陷 （ 空位积聚, 形成空隙 ） 都会扩展 。
2.摩擦过程中, 除亚结构发生变化外, 金属结构
也发生变化, 如晶格转变, 碳化物的生成和溶解,
元素在物体内部再分配及物体间的扩散, 相变,
再结晶等 。
§ 3 摩擦表面结构的变化
§ 4 摩擦表面的温度
闪温整体表面温度表面温度 ?? 0TT s
整体表面温度是由于表面重复的滑动而产生的 。
闪温是由于微凸体间不断相互作用产生的温升,
是真实接触面的摩擦热引起的温升, 故只产生在
真实接触面积上 。
闪温持续时间很短，通常 1μm。
§ 5 摩擦时组织的变化
一, 摩擦过程中金属组织变化的动力学特点
⑴ 热源 —— 机械能转化为热能 （ 摩擦生热 ）,
而且由于是微凸体接触, 脉冲加热方式 。
⑵ 加热与冷却速度异常快 。
⑶在材料的微观体积中发生加热和冷却过程。
二次组织在微区形成。
摩擦是一个复杂过程。
二、摩擦过程中相和组织变化
1.同素异构转变
2.二次淬火
3.二次回火
4.其他组织变化
⑴ 碳化物的溶解与析出
⑵ 再结晶
⑶ 逆变马氏体
§ 6 摩擦时的扩散过程
扩散原子流动方向是由温度场和压力场决定的 。
§ 7 白层
是摩擦表面常见到的一层与基体组织明显不同的
组织状态, 难腐蚀 。 在金相显微镜, 扫描电镜下
呈白亮色, 故称为白层 。
摩擦表面发生变形, 存在畸变,
因此表面能量高；
此外表面新鲜，活性大，加之摩擦热的影响，
使摩擦表面处于不稳定状态，易于氧化。
§ 8 摩擦表面的氧化
层的变化
摩擦过程, 是一个物体施载于另一物体的相
对运动过程。受力物体必然发生变形。摩擦产
生的热量使摩擦表面温度升高。力和热共同作
用，使摩擦表面发生一系列变化。主要是：
⑴表面几何形状的变化
⑵表层晶体缺陷及组织结构的变化
⑶表面膜的变化
§ 1 摩擦表面几何形状的变化
1.摩擦副滑动时, 表面粗糙度不断变化
而趋于一个稳定值 。
2.平衡粗糙度：把摩擦磨损过程中, 除
了摩擦初期外, 在任何后继过程中都会
重复出现的固定不变的粗糙度 。
3.平衡粗糙度可理解为在磨合过程结束
后, 摩擦状态不变时在摩擦表面新形成
的粗糙度, 且与原始粗糙度无关 。
一,表面和次表面应力
摩擦过程中物体不仅受法向载荷作用, 而且两物体
在切向力作用下要发生相对运动 。
两固体接触时，材料中最大剪应力的位置非常重要，
因为磨屑的最初形成与最大剪应力位置有关。
§ 2 表面受力与变形
1.金属摩擦表面塑性变形的特点
⑴ 摩擦表面的接触首先发生在较高的微凸体
上, 随外力加大, 发生接触的微凸体数目增
多, 且接触微凸体将发生弹塑性变形 。
⑵摩擦表面的塑性变形是不连续的、反复发
生的。其程度由摩擦工况条件决定。
二,塑性变形
⑶ 摩擦表面的接触状态决定了应力状态的不
均匀性，这将导致巨大微观应力。
⑷摩擦表面的近表层（ 10～ 100nm）塑性变
形组织呈强烈的方向性，产生表面层织构。
⑸摩擦表面晶体缺陷密度大。
分两种情况：
① 在摩擦表面上塑性变形程度最严重, 随
距表面距离增加, 塑性变形程度下降, 最
后是无变形的金属基体 。
②在次表层中某一深度处塑性变形程度最
严重，随深度增加，塑性变形程度下降，
最后是无变形的金属基体。
2.塑性变形沿深度的分布
⒈ 摩擦过程中, 金属晶体的结构缺陷如空位, 位
错及面缺陷 （ 孪晶界, 晶界, 晶粒位向变化等 ）
和体缺陷 （ 空位积聚, 形成空隙 ） 都会扩展 。
2.摩擦过程中, 除亚结构发生变化外, 金属结构
也发生变化, 如晶格转变, 碳化物的生成和溶解,
元素在物体内部再分配及物体间的扩散, 相变,
再结晶等 。
§ 3 摩擦表面结构的变化
§ 4 摩擦表面的温度
闪温整体表面温度表面温度 ?? 0TT s
整体表面温度是由于表面重复的滑动而产生的 。
闪温是由于微凸体间不断相互作用产生的温升,
是真实接触面的摩擦热引起的温升, 故只产生在
真实接触面积上 。
闪温持续时间很短，通常 1μm。
§ 5 摩擦时组织的变化
一, 摩擦过程中金属组织变化的动力学特点
⑴ 热源 —— 机械能转化为热能 （ 摩擦生热 ）,
而且由于是微凸体接触, 脉冲加热方式 。
⑵ 加热与冷却速度异常快 。
⑶在材料的微观体积中发生加热和冷却过程。
二次组织在微区形成。
摩擦是一个复杂过程。
二、摩擦过程中相和组织变化
1.同素异构转变
2.二次淬火
3.二次回火
4.其他组织变化
⑴ 碳化物的溶解与析出
⑵ 再结晶
⑶ 逆变马氏体
§ 6 摩擦时的扩散过程
扩散原子流动方向是由温度场和压力场决定的 。
§ 7 白层
是摩擦表面常见到的一层与基体组织明显不同的
组织状态, 难腐蚀 。 在金相显微镜, 扫描电镜下
呈白亮色, 故称为白层 。
摩擦表面发生变形, 存在畸变,
因此表面能量高；
此外表面新鲜，活性大，加之摩擦热的影响，
使摩擦表面处于不稳定状态，易于氧化。
§ 8 摩擦表面的氧化
