SAF 2205不锈钢管渗层摩擦磨损行为分析

图是SAF 2205不锈钢管在载荷为10N时未渗氮和380~450℃渗氮后的摩擦系数随时间的变化曲线。未渗氮和380~450℃渗氮试样的摩擦系数平均值分别为0.67、0.48、0.58、0.48和0.48�？梢钥吹轿瓷哪Σ料凳谇捌谝步衔榷�。与AISI 316L、AISI 321和AISI 904L未渗氮的摩擦系数相比，SAF 2205未渗氮试样的摩擦系数较低，这与SAF 2205不锈钢管较高的硬度和强度有关。

图是SAF 2205不锈钢管在载荷为10N时未渗氮的磨损形貌照片�？梢钥吹接姓匙拍ニ鸷脱趸ニ鸬奶卣�，比其他三种不锈钢未渗氮的要平滑。发生氧化磨损是由于SAF 2205的强度好，硬度较其它几种不锈钢高，所以未渗氮试样和渗氮试样一样在摩擦前期以氧化磨损为主，摩擦系数比较低且波动小。

图是SAF 2205不锈钢管在载荷为10N时380℃~450℃渗氮后的磨损形貌照片�？梢钥吹剿孀盼露壬�，磨痕宽度变窄，耐磨性提高。在450℃可以看到一些析出物垂直于磨痕分布，这些析出物也提高了耐磨性。

图是各不锈钢摩擦磨损后磨痕的宽度图�？梢钥闯�，随着温度升高磨痕宽度变窄，耐磨性提高。载荷为10N的曲线分为两个阶段，第一阶段是从未渗氮到380℃渗氮，磨痕宽度急剧下降（从1000~1400μm降至400~500μm，几乎为未处理态的1/3），说明耐磨性显著提升，这主要是由于S相的强化效果。第二阶段是从380℃到450℃，此时继续提高渗氮温度，渗层析出物增多，渗层厚度和硬度提高，磨痕宽度有所下降，但下降缓慢。载荷为20N的曲线也分两个阶段，从未渗氮到420℃渗氮，随着渗氮温度升高，磨痕宽度下降较缓。这是因为此时载荷较大，而渗层都太薄，承载能力较弱。在450℃磨痕宽度急剧下降，说明温度继续提高渗层变厚，承载能力增加，耐磨性显著提升。

可以看到不同类型的不锈钢在未渗氮情况下，磨痕宽度差异较大。SAF 2205不锈钢管的磨痕最窄耐磨性最好，是因为其硬度较高，力学性能优异。AISI 904L不锈钢随着渗氮温度的提高，磨痕宽度下降最明显，耐磨性提升最为显著。尤其是450℃渗氮后，耐磨性优异，在20N载荷下磨痕仍很窄，甚至比其它三种不锈钢在10N载荷下的磨痕还要窄。这也表明超级奥氏体不锈钢经低温渗氮强化后可大幅提升其耐磨的潜力。

通过低温等离子体渗氮，不锈钢磨痕宽度变窄，显著提高了不锈钢的耐磨性。对摩擦磨损行为进行分析，可以看到低温等离子体渗氮可以使不锈钢的磨损机制从粘着磨损转变为氧化磨损或轻微磨粒磨损。等离子体渗氮前不锈钢表面硬度低，在法向载荷作用下，接触应力超过接触点屈服强度，发生强烈塑性变形。钨钢球下压深度深，摩擦阻力大，发生粘着磨损。等离子体渗氮后不锈钢表面硬度大幅提高，钨钢球下压深度浅，只是在表面凸起部位单位压力大，导致一定程度的塑性变形。塑性变形加速了氧向金属内部扩散，加上摩擦过程产生的温升效应，从而形成氧化膜。在摩擦副继续作相对运动时，氧化膜被摩擦副的凸起所划穿剥落，裸露出新表面，随后又很快形成新的氧化膜，又再被磨去。所以氧化磨损是化学氧化和机械去除相继进行的过程。随着渗氮温度的升高，析出物增多，耐磨性也进一步提高。

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