304不锈钢因其优良的耐腐蚀、耐高温以及易生产、易加工等特性,广泛应用于各个领域,是应用最广泛的不锈钢材之一。然而,因其依靠钝化膜抗外界氧化腐蚀的原理,使得其一旦表面发生磨损,就会失去耐腐蚀氧化能力,因此无法很好地应用于摩擦磨损的工况下。但是304不锈钢在摩擦条件下的组织演变过程不清楚,其塑性变形和摩擦过程中氧化如何影响其摩擦磨损性能还有待更加深入的研究。本研究工作对不同实验条件下304不锈钢的摩擦行为进行了研究,对304不锈钢在跑合阶段的摩擦机理进行了细致的研究。主要结果如下:1.不同载荷对跑合阶段的摩擦系数以及跑合阶段的长短产生影响,但不改变摩擦系数曲线的变化趋势。稳态阶段,载荷较低时,304不锈钢稳态摩擦系数会随着载荷升高而降低,当载荷升高到一定值以上后,稳态摩擦系数不再变化。2.初始表面形貌不影响稳态阶段摩擦行为,但对跑合阶段的摩擦行为以及长短有较大影响。而梯度纳米结构对304不锈钢的摩擦行为几乎不产生影响。3.对于粗晶304不锈钢与WC-Co组成的干摩擦副,其稳态阶段,磨痕表面被磨屑组成的新表面覆盖,摩擦面接触状态与初始有了本质不同。在摩擦的过程中,磨屑形成的新表面会不断开裂、剥落,同时在载荷作用下又形成新表面,这一过程控制了 304不锈钢的稳态摩擦行为。物相结构方面,304不锈钢的表层为纯a’-马氏体,随着距离表面的深度增加,存在ε-马氏体和未相变的奥氏体,晶粒大小和马氏体化程度呈梯度分布。在304不锈钢亚表层,随着表面纯α’-马氏体层发生断裂脱落,形成磨屑,更深层的ε-马氏体和奥氏体在循环切应力作用下晶粒细化并形成新的α’-马氏体,这一过程形成动态平衡。4.对于粗晶304不锈钢与WC-Co组成的干摩擦副,其跑合阶段分为三个阶段:第一阶段(1-4周次),表层与亚表层发生马氏体相变,亚表层梯度结构开始形成,表层几乎全α’-马氏体化,硬度达到650HV以上,并失去继续加工硬化的能力。形貌上,由于马氏体相变产生剧烈浮凸而粗糙化。第二阶段(约4-100周次),表层开始发生发生剥落,产生磨损,亚表层进一步发生马氏体相变,逐渐形成了较稳定的亚表层梯度结构。同时磨痕表面氧含量有所升高。第三阶段,(约100-2000周次),材料表面粗糙度开始加快上升,氧含量也上升,磨损加重。由于磨屑形成的新表面不太稳定,摩擦系数发生振荡上升。当磨屑积累到一定程度,表面形成一定面积的新表面,304不锈钢不再与WC-Co球直接接触,表面摩擦状态发生本质变化,摩擦进入稳态。5.与铜合金不同,在本论文的实验条件下,梯度纳米结构未能改变304不锈钢的摩擦系数,主要的原因可能是由于马氏体相变后其表面失去加工硬化能力与变形能力,再加上应力应变梯度较大,所以极易产生磨屑,表面粗糙化,使得其摩擦磨损过程与粗晶相似,降低304不锈钢的摩擦系数应从抑制或减缓马氏体相变入手。