金属材料在滑动摩擦过程中的一个重要现象是摩擦诱发形成的、在组织和性能等方面异于基体的表层结构(摩擦变形层),其具有严重的塑性流动、极大的应变及加工硬化等特征,对材料摩擦学行为和可靠性有着直接影响。因此,深入研究摩擦变形层的组织结构及力学性能随磨损过程的动态演化对揭示材料磨损本质和磨损失效机理具有重要的指导意义。本文采用盘-销面接触形式,试验研究了正火态和淬回火态40Cr销与淬回火态GCr15盘组成的摩擦副在不同滑动条件(干态、油润滑)下的摩擦学性能,采用扫描电镜、透射电镜和显微硬度计等对磨损表层/次表层组织结构和性能的演变规律进行了表征和分析。获得如下主要研究结果:(1)试验研究了不同滑动条件下两组摩擦副的摩擦学行为及磨损机理。相同摩擦条件下,淬回火态销/淬回火态盘摩擦副的摩擦系数和磨损率均低于正火态销/淬回火态盘摩擦副;干滑动摩擦下两组摩擦副中销和盘的磨损机理均为伴随氧化磨损的粘着磨损,在油润滑状态下表现为微切削/微粘着+局部疲劳的轻微复合磨损。(2)分析了销试样磨损次表层的组织结构、显微硬度和等效应变梯度随磨损时间的演变规律。相同条件下,淬回火态销试样表现出更低的等效应变和变形深度;干态下,正火和淬回火态销试样磨损表层的最大应变和显微硬度随磨损时间延长先快速上升后缓慢回落,但变形深度逐渐增大并趋于稳定;油润滑状态下,变形层深度及同一深度下的应变量和显微硬度显著低于干态,三者均随磨损时间延长而逐渐上升。(3)分析了正火态销试样摩擦变形层不同深度区域的显微结构特征。摩擦接触过程中变形层的微观组织演变主要表现为:持续加载和摩擦剪切应力作用使摩擦接触表面下的材料发生了剧烈塑性变形,大量位错增殖并发生相互作用,导致了渗碳体破碎、溶解以及铁素体细化成纳米晶的过程。(4)研究了不同磨损时间下磨损近表层区域内湍流状结构的形成、发展和剥落过程。湍流状结构的形成是摩擦接触过程中局部应变累积产生的破碎亚结构在剪切不稳定机制作用下沿滑动方向发生平移和旋转变形的结果,拥有极高的硬度和脆性;稳态磨损过程中湍流状结构会经历剥离和再生长的循环过程,此时材料的磨损机制表现为以湍流状结构演变为载体的磨损表层应变累积和塑性衰竭的周期性过程。