微动磨损是一种表面损伤行为,在小位移振动幅值(微米量级)的两接触表面几乎均可观察到,已成为铁路、汽车、核电、航空航天、生物医学工程等工业领域中紧配合部件失效的主要原因之一。近年来,为了满足工业发展对耐磨钢高性能化的需求,多相组织合金钢因具有优异的高强韧性和加工硬化能力而备受研究者关注,其耐磨特性非常值得探索和系统性研究。然而,当前对其微动磨损的研究主要集中于摩擦工况因素、磨损机理及与机械性能关联等相关研究,而对于决定材料性能的微观组织特征与微动磨损性能的相关性研究较少。因此,深入研究高性能钢微观组织及其对微动磨损行为的影响作用,弄清微观组织特征与微动磨损性能的关系,对于先进耐微动磨损钢的设计具有重要的科学和实践意义。本文将以典型合金钢作为研究对象,研究基于微观组织调控下微观组织特征与微动磨损行为的作用关系,探索高抗微动磨损性能材料的目标微观组织。本文在自主设计的高精度低速切向微动磨损实验设备上,采用球-平面接触模式,研究了五种不同典型钢(单相无间隙原子(Interstitial-Free,IF)钢;全马氏体(Full Martensite,FM)钢;双相(Dual Phase,DP)钢;Q&P(Quenching&Partitioning)钢;TWIP(Twinning Induced Plasticity)钢)和22MnB5合金钢不同微观组织的微观磨损行为。结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、白光干涉等分析测试手段,分析了其摩擦系数、磨损体积、磨痕形貌及磨损机理。系统研究了不同微观组织特征(相体积分数、晶粒尺寸及形貌)对微动磨损性能的影响作用。论文主要结论如下:1.除TWIP钢外,IF、DP、Q&P和FM钢微动磨损量均随着载荷的增加而增加,而TWIP钢的磨损量随着载荷的增加先增加后减少。在低载荷下,抗微动磨损性能从高到低为DP/Q&P/FM,IF,TWIP钢;在高载荷下,抗微动磨损性能从高到低为DP/Q&P/FM,TWIP,IF钢。低硬度多相合金钢(DP、Q&P)表现出与高硬度马氏体(FM)合金钢相当甚至更好的微动磨损性能。2.在低载荷下DP钢中马氏体体积分数对微动磨损量的影响不显著,而在高载荷下随着马氏体体积分数增加先表现为基本不变而后增加至最高含量时(91%)其磨损量开始表现为下降趋势;低硬度的DP钢亦可获得具有高硬度DP钢相当的耐微动磨损性能。通过提高DP钢中马氏体体积分数从而提高硬度并不能提高其微动磨损性能。3.对于同一成分DP钢,在相同磨损工况下具有细晶粒马氏体形貌的AIQ-DP钢、粗晶粒马氏体形貌的FIQ-DP钢与具有均匀细小纤维状马氏体形貌的MIQ-DP钢微动磨损量基本相同,即微动磨损性能基本相当。说明微观组织形貌对材料微动磨损性能影响不显著,该实验结果与滑动情况不完全相同。4.通过热处理调控微观组织形貌可在不牺牲微动磨损性能的前提下获得低硬度材料。对于低硬度高微动磨损性能DP钢,细晶粒或纤维状马氏体表现为当前最佳微观组织形貌。耐微动磨损合金钢的设计不应以硬度为导向,而应基于目标微观组织特征的调控和优化。