材料摩擦实验的相变微结构变化分析显微镜

摩擦过程材料的相变

  相变是材料微结构变化的另一种形式。材料的塑性流变由材
料的强度和所受到的载荷确定。而材料的相变的可能性，需用体
系的热力学势来判断，相变的进程用动力学方法分析。
摩擦学“白层”

  “白层”是摩擦过程中材料相和微结构变化的一种形式，因难
于被腐蚀剂刻蚀，金相观察为白色层而得名。一般认为它是摩擦
表面二次组织形成带来的一种典型强化效应，具有很高的硬度，良
微观组织的推测：(1)隐针马氏体；(2)奥氏体一马氏体；(3)由于
同外界的作用，金属表面被氧氮富化；(4)润滑剂中存在有碳、表
面碳化物富集。用x射线、电子显微镜等方法证实，白层是一种
复杂的多相的高弥散组织，含有奥氏体、马氏体和碳化物。

  分析认为导致白层形成的因素有摩擦热、塑性变形、热一机械
共同作用、再结晶、迁移和化学反应。但目前尚不能给出形成
白层的临界条件。白层会提高材料的耐磨性，却大幅度降低疲劳
强度，造成这种差异的原因还不清楚。

  摩擦热导致“白层”的观点认为，在机械冲击脉冲作用下产生
的能量。以高速转变成热量，在摩擦中形成点热源，在表面微区内
造成淬火与回火效应。高速的力学和热学作用，如喷丸强化、激光
淬火、淬火钢磨削加工和电火花加工等均会产生“白层”。

  热力学可分析认为，金属干摩擦时，表面往往受到力和热的脉
冲作用，它有助于金属活化层中组织转变和相变高速进行。摩擦
时陕速的组织转变和相变发生的条件是：(1)接触区的加热温度超
过转变所需的临界温度；(2)在塑性变形时的相变临界点可能发生
明显的变化；(3)与新相的形成有关的过程进行速度取决于表层的
温度梯度；(4)摩擦时的相变可能以微扩散的方式进行。

从材料组织学角度看，白层是一个奥氏体一马氏体伪平衡系统。
由于晶体常数的差异形成马氏体时二次奥氏体的点阵发生强烈的畸变
，导致白层具有极高的硬度。摩擦时相和组织的转变取决于材料性能
，宏观和微观形貌，机械脉冲的大小，接触点存在时问等因素。柳巴
尔斯基等研究了滑动速度对摩擦相变及完成程度的影响

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