Study on hardness and wear behavior of surface modification layer of 18CrNiMo7-6 alloy steel based on repeated scratch test

PENG Teng; ZHANG Jianwei; LI Chuanhang; SUN Yigang; SUN Luhang

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.017

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Study on hardness and wear behavior of surface modification layer of 18CrNiMo7-6 alloy steel based on repeated scratch test

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2026-02-12

- Study on hardness and wear behavior of surface modification layer of 18CrNiMo7-6 alloy steel based on repeated scratch test
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 2, Pages: 144-150(2026)
- 作者机构：
  
  1.郑州大学力学与安全工程学院，郑州 450001
  2.南阳理工学院河南省冲击与工程结构灾害动力学国际联合实验室，南阳 473004
  3.郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001
- 作者简介：
  
  ZHANG Jianwei, E-mail: zhangjianwei@zzu.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(12072324);Open Research Project of International Joint Laboratory of Dynamics of Impact and Disaster of Engineering Structures of Henan Province(DIDES-2023-01)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.017
  CLC： TH114;TH142.2
- Received：15 November 2024，
  
  Revised：2024-12-17，
  
  Published：15 February 2026
- 稿件说明：
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彭腾，张建伟，李传航，等. 基于重复划痕试验的18CrNiMo7-6合金钢表面变质层硬度和磨损行为研究［J］. 机械强度，2026，48（2）：144-150.

PENG Teng，ZHANG Jianwei，LI Chuanhang，et al. Study on hardness and wear behavior of surface modification layer of 18CrNiMo7⁃6 alloy steel based on repeated scratch test［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（2）：144-150.
彭腾，张建伟，李传航，等. 基于重复划痕试验的18CrNiMo7-6合金钢表面变质层硬度和磨损行为研究［J］. 机械强度，2026，48（2）：144-150. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.017.

PENG Teng，ZHANG Jianwei，LI Chuanhang，et al. Study on hardness and wear behavior of surface modification layer of 18CrNiMo7⁃6 alloy steel based on repeated scratch test［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（2）：144-150. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.017.

摘要

目的

研究18CrNiMo7-6合金钢及其渗碳热处理后的表面变质层的硬度和抗磨损能力。

方法

采用维氏压头对18CrNiMo7-6合金钢基体和表面变质层进行不同法向载荷和划痕次数的重复划痕试验。使用光学显微镜，观察随划痕次数增加材料的损伤情况，通过三维形貌系统采集划痕形貌特征量（划痕宽度、残余深度、隆起高度），并计算了划痕硬度和磨损率。

结果

结果表明，18CrNiMo7-6合金钢基体的划痕宽度、残余深度、隆起高度以及磨损率均明显大于表面变质层，划痕硬度则明显小于表面变质层。经过渗碳热处理后的18CrNiMo7-6合金钢表面变质层的划痕硬度更高，磨损率更小，抗磨损能力得到了显著提升。研究结果可为表面变质层的构筑和性能演化的研究提供指导。

Abstract

Objective

To investigate the hardness and wear resistance of 18CrNiMo7-6 alloy steel and its surface modification layer after carburizing heat treatment.

Methods

Repeated scratch tests were conducted using a Vickers indenter on both the 18CrNiMo7-6 alloy steel substrate and the surface modification layer with varying normal loads and number of scratch cycles. Material damage as the scratch cycles increased was observed using the optical microscope. Scratch morphological characteristics

including scratch width

residual depth

and pile-up height

were measured using a three-dimensional profilometry system. Additionally

scratch hardness and wear rate were analyzed.

Results

The results show that both the scratch width and residual depth of the 18CrNiMo7-6 alloy steel substrate and surface-modified layer increased linearly with the number of scratch cycles. Due to the work-hardening effect induced by repeated scratching

the pile-up height also increased with the number of scratch cycles

although the rate of increase gradually diminished. The scratch width

residual depth

pile-up height

and wear rate of the 18CrNiMo7-6 alloy steel substrate were significantly higher than those of the surface-modified layer

while the scratch hardness was notably lower than those of the surface-modified layer. These findings suggest that the carburized surface-modified layer of 18CrNiMo7-6 alloy steel exhibits superior scratch hardness

a reduced wear rate

and significantly enhanced wear resistance compared to the substrate. The results can provide guidance for research on the construction and performance evolution of surface modification layer.

关键词

Keywords

references

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