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镁合金具有低密度、高比强度、良好的铸造和加工变形性能,在航空航天和汽车工业中具有很大的应用潜力,然而较差的抗磨损性能严重阻碍了镁合金的进一步应用。摩擦磨损性能不仅是压力加工过程中不可忽视的一项重要指标,对加工材料表面质量和性能有重大影响,也是构件服役过程中的参考标准,因此研究镁合金摩擦磨损性能具有重要的实际应用价值。本论文选用AZ51铸造镁合金在干滑动磨损状态下进行研究,通过改变滑动速率、加载载荷和滑动距离对磨损过程中的硬度、组织和磨损行为变化进行分析,研究发现AZ51镁合金磨损分为轻微和严重磨损,轻微磨损包括氧化磨损、磨粒磨损和剥层磨损,严重磨损以热软化磨损和熔化磨损为主。在磨损过程中,磨损机制随着滑动速率、距离和加载载荷的增大由轻微磨损机制向严重磨损机制转变,磨损表面硬度与磨损机制转变紧密相关,滑动速率0.1m/s时磨损表面只存在应变硬化作用,可作为轻微-严重磨损转变硬度标准线。在一定滑动速率下,硬度值高于此线,发生轻微磨损,低于此线,发生严重磨损。在低速磨损,加载载荷较小时,磨损表面发生微观切削作用,导致磨损率和摩擦系数比中高滑动速率下,加载相同载荷时偏高。载荷增大时,磨损表面热积累增多,材料塑性增强,切削作用下降,摩擦系数降低。严重磨损阶段,磨损率曲线在材料发生热软化后急剧增长,然而由于β-Mg17Al12共晶体的熔化吸热,会造成磨损率曲线非连续性增长,使磨损率曲线出现短暂平台甚至下降现象。磨损过程伴随材料组织变化,轻微磨损阶段,磨损表面发生形变,随摩擦热积累增多,磨损表面温度升高,化合物逐渐发生部分溶解。应变随深度增加而减小,形变强化效果减弱,硬度值逐渐接近原始组织硬度。在严重磨损阶段,表层晶粒发生再结晶,化合物发生明显溶解,当表面温度高于熔化温度,磨损表层变形晶粒完全转化为细小等轴的熔化-凝固晶粒,造成表面硬度下降。磨损过程中组织演变基本遵循:形变积累→再结晶→熔化-凝固的规律,影响硬度和磨损行为,造成磨损率变化。应变和温度共同主导磨损行为,当应变作用较强时,磨损表层组织发生应变强化,硬度增加,耐磨性增强,表现为轻微磨损;温度作用较强时,磨损表层组织发生再结晶软化,硬度下降,磨损表面出现热挤压形态,耐磨性下降,表现为严重磨损。