材料表面刮伤现象经常出现在各类发动机零部件上,如发动机活塞,齿轮,凸轮以及传动轴。由于等温淬火球墨铸铁(ADI)有很好的自润滑性,所以这种材料的应用变得越来越广泛。由于刮伤问题严重影响结构部件使用寿命,未得到有效提高ADI材料抗刮伤性能途径,针对此问题,论文主要开展了以下三方面的研究工作:(1)推导金属材料表面损伤本构方程。简化金属材料表面损伤的基本物理过程,提出影响其变化的因素,依据机械动力学基本方程构建基础本构方程,引入应力-应变关系和热力学条件,获得有限单元法基本解算过程,依据金属材料磨损影响因素的不同,综合得到影响最终本构方程的物理因素方法。(2)等温淬火球墨铸铁材料的刮伤实验。研究等温淬火球墨铸铁材料的刮伤实验原理及方法,获得研究等温淬火球墨铸铁材料的实验基本过程,针对每种类别材料都完成不同的热处理工艺处理,选择刮伤实验设备,完成包括粗糙度测试与硬度测试,选取最终优质样品进行刮伤实验,获取不同类别不同组的测试实验结果,对比了镍元素含量对样品抗刮伤性能的影响,对比了不同热处理条件下刮伤载荷的变化以及材料硬度对划痕的产生的影响。(3)构建等温淬火球墨铸铁材料刮伤模型。依据不同热处理温度,组成元素,润滑条件,载荷受力面积等影响因素,重新构建该材料对应于磨损问题的基本属性;构建物理模型结构,完成瞬态热固耦合分析,获得不同压力,不同时间,不同热处理温度,不同载荷面积的数据结果,完成数据处理及分析工作,为该材料的工程应用问题提供相对准确的物理模型。文章研究了金属材料表面磨损力学本构方程,获得理想模型数据,为等温淬火球墨铸铁材料刮伤性能研究,提供物理模型,同时完成了等温淬火球墨铸铁材料刮伤性能实验研究。实验结果证明,镍含量较高的ADI有比较高的抗刮伤能力。同样元素组成的样品之间硬度并不是衡量刮伤性能的决定性因素。