钢铁材料的耐磨性能是关系到机械产品工作效率和使用寿命的重要影响因素。目前国内外的耐磨钢主要向高强度、高硬度耐磨钢方向发展,但是单纯提高基体材料的硬度限制了钢板其他力学性能的提升,使耐磨钢的发展受到限制,因此新一代耐磨钢发展的新思路是在不提升硬度的前提下提高材料的耐磨性能。本课题以SUS321奥氏体不锈钢为基础,通过形变诱发和温度诱发设计了不同残余奥氏体含量和不同类型马氏体-奥氏体双相组织,研究了不同硬度的亚稳态奥氏体钢在不同磨损工况条件下的磨损性能及磨损机理,主要研究内容及成果如下:(1)针对室温下为奥氏体组织含量达97%的SUS321奥氏体不锈钢,通过形变诱导和温度诱发两种调控手段获得不同相百分含量的形变诱导马氏体-奥氏体双相组织和温度诱发马氏体-奥氏体双相组织。(2)利用XRD、金相显微镜、宏观硬度计和拉伸机对获得的奥氏体-马氏体双相钢进行显微组织观察和力学性能分析,结果表明:随着变形程度的增大,奥氏体相变量单调增加,硬度值单调升高,抗拉强度单调升高,延伸率单调降低;低温处理过程中,马氏体相变不仅是温度的函数,还是时间的函数,随着低温处理时间的延长,马氏体相变量增加,硬度增加,抗拉强度升高,延伸率降低。(3)通过G65磨粒磨损实验对不同相百分含量的形变诱导和温度诱导马氏体-奥氏体双相钢磨损性能进行研究,结果表明:双相钢中奥氏体与马氏体含量比例对钢材的耐磨性有显著影响,随着双相钢组织中奥氏体含量逐渐减少,磨损率先减小后增大,存在耐磨性能最优的残余奥氏体含量比例。材料的耐磨性能与硬度并不是单一的线性关系。通过引入一定量的较软的亚稳态奥氏体组织,在不牺牲其他力学性能的前提下有效提高材料的耐磨性,降低材料磨损率。(4)利用G99球-盘旋转磨损实验对不同相百分含量的形变诱导和温度诱导马氏体-奥氏体双相钢不同阶段磨损过程的耐磨性能进行分析研究,结果表明:在磨损初期,试样处于磨损跑合阶段,磨损性能不稳定,材料的耐磨性受基体组织影响较大;稳定磨损阶段,磨损性能主要受磨损过程亚稳态奥氏体的影响,随着双相钢组织中奥氏体含量逐渐减少,耐磨性能先减小后增大,存在耐磨性能最优的亚稳态奥氏体含量比例,实验结果与G65磨粒磨损实验结果相一致。(5)通过扫描电镜、形貌仪和微观硬度计对材料磨损表面具体磨损机理进行了合理有效分析:G65磨粒磨损表面形成了大量犁沟,且具有一定的方向性,整体与磨损方向保持一致;磨损表面主要为微犁沟和微切削机制,犁沟两侧发生轻微的塑性变形,伴有从磨损表面剥离的磨屑和石英砂造成的凹坑存在;磨损过程在磨损的次表面形成不同厚度的硬化层,这是由于磨损过程造成的亚稳态奥氏体相变或者形变堆积造成的。