Investigating the tribological behavior of 18CrNiMo7-6 gear material in mining reducers under dust-contaminated lubrication

ZHAO Jiapeng; PANG Xinyu; MA Fuwen; HE Yixiang; LÜ Kaibo; ZHANG Zhandong

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.006

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Investigating the tribological behavior of 18CrNiMo7-6 gear material in mining reducers under dust-contaminated lubrication

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-07-17

- Investigating the tribological behavior of 18CrNiMo7-6 gear material in mining reducers under dust-contaminated lubrication
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 7, Pages: 49-58(2026)
- 作者机构：
  
  1.太原理工大学机械工程学院，太原 030024
  2.煤矿综采装备山西省重点实验室，太原 030024
  3.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，太原 030001
  4.山西大同大学机电工程学院，大同 037003
- 作者简介：
  
  PANG Xinyu, E-mail: pangxinyu@tyut.edu.cn.
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52175108);Shanxi Provincial Basic Research Program-Free Exploration Category(202303021211325)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.006
  CLC： TH117
- Received：27 November 2024，
  
  Revised：2025-01-09，
  
  Online First：17 July 2026，
  
  Published：15 July 2026
- 稿件说明：
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赵佳鹏，庞新宇，马福文，等. 矿用减速器齿轮材料18CrNiMo7-6在粉尘污染润滑下摩擦学行为探究［J］. 机械强度，2026，48（7）：49-58.

Zhao Jiapeng，Pang Xinyu，Ma Fuwen，et al. Investigating the tribological behavior of 18CrNiMo7-6 gear material in mining reducers under dust-contaminated lubrication［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（7）：49-58.
赵佳鹏，庞新宇，马福文，等. 矿用减速器齿轮材料18CrNiMo7-6在粉尘污染润滑下摩擦学行为探究［J］. 机械强度，2026，48（7）：49-58. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.006.

Zhao Jiapeng，Pang Xinyu，Ma Fuwen，et al. Investigating the tribological behavior of 18CrNiMo7-6 gear material in mining reducers under dust-contaminated lubrication［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（7）：49-58. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.006.

摘要

目的

针对矿用减速器齿轮的润滑环境常受煤矿粉尘污染的问题，选取齿轮材料18CrNiMo7-6为研究对象，开展摩擦磨损试验，探究齿轮材料18CrNiMo7-6在粉尘污染润滑条件下的摩擦学行为。

方法

首先，选取80目煤粉、200目煤粉、200目二氧化硅、200目二氧化硅与煤粉混合颗粒作为污染物，设置0.5％、1.0％、3.0％三种质量分数；然后，利用材料表面性能综合测试仪进行摩擦磨损试验，得到不同润滑环境下的摩擦因数与油温变化；最后，通过扫描电子显微镜（Scanning Dldctron Microscope

SEM）、共焦三维轮廓测量仪和能量色散谱仪（Energy Dispersive Spectiometer

EDS）分析了齿轮材料的磨损机制。

结果

结果表明，除质量分数为3.0％的80目煤粉试验组外，在其余煤粉试验组中，煤粉颗粒均起到一定的减摩作用，磨痕表面光滑；在质量分数为3.0％的80目煤粉试验组中，煤粉颗粒诱发了接触面的黏附效应，导致黏着磨损加剧；二氧化硅对接触面油膜有严重的破坏作用，减弱了润滑油抗磨性能，随着润滑油中二氧化硅质量分数的增加，磨粒磨损加剧；在200目混合颗粒试验组中，煤粉并没有起到减摩作用，反而恶化了润滑环境，随着污染物质量分数的提高，磨损机制由磨粒磨损和疲劳磨损演变为严重磨粒磨损和严重黏着磨损。

Abstract

Objective

The lubrication environment of mining reducer gears is often contaminated by coal mine dust. The paper took the gear material 18CrNiMo7-6 as the research object and conducted friction tests. The tribological behavior of the gear material 18CrNiMo7-6 was investigated under dust-contaminated lubrication.

Methods

80 mesh pulverised coal particles

200 mesh pulverised coal particles

200 mesh silicon dioxide particles

and 200 mesh mixed particles of silicon dioxide with pulverised coal were selected as pollutants. The mass fractions were set at 0.5％

1.0％

and 3.0％. Friction and wear tests were conducted using the material surface property comprehensive tester. Friction coefficients and oil temperature changes under different lubrication environments were obtained. The wear mechanisms of the gear material were analyzed using the scanning electron microscope (SEM)

confocal three-dimensional profilometer

and energy dispersive spectrometer (EDS).

Results

The results indicate that the pulverised coal particles in most pulverised coal test groups play a certain role in reducing friction

leading to a smooth wear surface. However

an exception is the test group featuring 80 mesh pulverised coal with a mass fraction of 3.0％. the pulverised coal particles in this test group trigger the adhesion effect on the contact surface

resulting in intensified adhesive wear. Silicon dioxide particles severely damage the oil film on the contact surface

thereby diminishing the anti-wear performance of lubricating oil. As the mass fraction of silicon dioxide particles in lubricating oil increases

abrasive wear intensifies. The pulverised coal particles in the 200 mesh mixed particle test group do not exhibit a friction-reducing effect

but instead exacerbate the lubrication environment. As the mass fraction of contaminants increases

the wear mechanism transitions from abrasive wear and fatigue wear to severe abrasive wear and severe adhesive wear.

关键词

Keywords

references

王振，孙浩，崔义龙，等 . 表面复合强化对18CrNiMo7-6渗碳齿轮钢表面完整性的影响研究［J］. 机械强度， 2025 ， 47 （ 8 ）： 36 - 47 .

Wang Zhen ， Sun Hao ， Cui Yilong ， et al . Study on the effect of surface composite strengthening on the surfaceintegrity of 18CrNiMo7-6 carburized gear steel ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2025 ， 47 （ 8 ）： 36 - 47 . （In Chinese）

李发泉 . 掘进设备内喷雾技术研究现状［J］. 煤炭科学技术， 2017 ， 45 （ 4 ）： 89 - 92 .

Li Faquan . Research status on internal spraying technology of gateway driving equipment ［J］. Coal Science and Technology ， 2017 ， 45 （ 4 ）： 89 - 92 . （In Chinese）

张维果，王学成 . 浅谈煤矿机械磨料磨损机理［J］. 煤炭工程， 2010 ， 42 （ 6 ）： 76 - 78 .

Zhang Weiguo ， Wang Xuecheng . Comments on abrasion mechanism of abrasive material for mine machinery ［J］. Coal Engineering ， 2010 ， 42 （ 6 ）： 76 - 78 . （In Chinese）

何海波 . 刮板输送机链环在不同磨料条件下的耐磨性研究［J］. 煤炭工程， 2024 ， 56 （ 7 ）： 213 - 219 .

He Haibo . Wear resistance of chain rings of scraper conveyor under different abrasive conditions ［J］. Coal Engineering ， 2024 ， 56 （ 7 ）： 213 - 219 . （In Chinese）

王伟，刘小君，刘焜 . 粒度及其分布对颗粒介质摩擦副摩擦学特性的影响［J］. 中国机械工程， 2012 ， 23 （ 7 ）： 757 - 761 .

Wang Wei ， Liu Xiaojun ， Liu Kun . Influences of particle size and size dispersion on tribopairs lubricated by particulate media ［J］. China Mechanical Engineering ， 2012 ， 23 （ 7 ）： 757 - 761 . （In Chinese）

6］盛晨兴，宁昶雄，张玉人，等 . 颗粒污染物对润滑油抗磨性能的影响试验研究［J］. 润滑与密封， 2017 ， 42 （ 7 ）： 7 - 13 .

Sheng Chenxing ， Ning Changxiong ， Zhang Yuren ， et al . Experimental study on the effect of particle contaminant on anti-wear performance of lubricating oils ［J］. Lubrication Engineering ， 2017 ， 42 （ 7 ）： 7 - 13 . （In Chinese）

盛晨兴，王会扬，潘小飞 . 基于四球试验的润滑油颗粒污染物对摩擦振动的诱导关系研究［J］. 润滑与密封， 2017 ， 42 （ 12 ）： 1 - 5 .

Sheng Chenxing ， Wang Huiyang ， Pan Xiaofei . Research on the friction vibration induced by debris in lubricant based on four-ball test ［J］. Lubrication Engineering ， 2017 ， 42 （ 12 ）： 1 - 5 . （In Chinese）

袁伟，王昊天，郭前建，等 . 冲击载荷下Al 2 O 3 磨料对齿轮磨损行为的作用机理研究［J］. 摩擦学学报（中英文）， 2023 ， 43 （ 6 ）： 682 - 691 .

Yuan Wei ， Wang Haotian ， Guo Qianjian ， et al . Action mechanism of Al 2 O 3 abrasive on gear wear behavior under impact load ［J］. Tribology ， 2023 ， 43 （ 6 ）： 682 - 691 . （In Chinese）

张庆，郭永刚，彭玉兴 . 矿物粉尘环境下矿井缠绕提升钢丝绳振动磨损特性研究［J］. 摩擦学学报（中英文）， 2024 ， 44 （ 8 ）： 1107 - 1124 .

Zhang Qing ， Guo Yonggang ， Peng Yuxing . Vibration-worn characteristics of winding hoisting wire rope in mine under the environment of mineral dust ［J］. Tribology ， 2024 ， 44 （ 8 ）： 1107 - 1124 . （In Chinese）

沈智予 . 碳粉/润滑油固液复合润滑体系的摩擦学性能研究［D］. 重庆：重庆理工大学， 2024 ： 35 - 76 .

Shen Zhiyu . Tribological performance of carbon powder/lubricant solid-liquid composite lubrication system ［D］. Chongqing ： Chongqing University of Technology ， 2024 ： 35 - 76 . （In Chinese）

唐斌，项载毓，范志勇，等 . 沙粒介入高速列车制动界面对摩擦块摩擦磨损行为的影响［J］. 摩擦学学报（中英文）， 2024 ， 44 （ 6 ）： 789 - 799 .

Tang Bin ， Xiang Zaiyu ， Fan Zhiyong ， et al . The effect of sand particles entering the braking interface of a high-speed train on the friction and wear behavior of friction block ［J］. Tribology ， 2024 ， 44 （ 6 ）： 789 - 799 . （In Chinese）

王晓珍，蒋仲安，王善文，等 . 煤巷掘进过程中粉尘浓度分布规律的数值模拟［J］. 煤炭学报， 2007 ， 32 （ 4 ）： 386 - 390 .

Wang Xiaozhen ， Jiang Zhongan ， Wang Shanwen ， et al . Numerical simulation of distribution regularities of dust concentration during the ventilation process of coal roadway driving ［J］. Journal of China Coal Society ， 2007 ， 32 （ 4 ）： 386 - 390 . （In Chinese）

张小峰 . 一种新型复合式透气塞［J］. 机床与液压， 2017 ， 45 （ 4 ）： 83 - 84 .

Zhang Xiaofeng . A new type of composite air plug ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2017 ， 45 （ 4 ）： 83 - 84 . （In Chinese）

赵虎成，崔功军，郭贺，等 . FeCrB-TiC抗磨复合材料干摩擦学性能研究［J］. 机械强度， 2024 ， 46 （ 5 ）： 1168 - 1174 .

Zhao Hucheng ， Cui Gongjun ， Guo He ， et al . Study on dry tribological properties of wear resistant FeCrB-TiC composites ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2024 ， 46 （ 5 ）： 1168 - 1174 . （In Chinese）

冯小刚，崔功军，刘宇嵩，等 . FeNiC合金的干摩擦学性能研究［J］. 润滑与密封， 2025 ， 50 （ 2 ）： 72 - 79 .

Feng Xiaogang ， Cui Gongjun ， Liu Yusong ， et al . Study on tribological properties of FeNiC alloy under dry sliding condition ［J］. Lubrication Engineering ， 2025 ， 50 （ 2 ）： 72 - 79 . （In Chinese）

宋伟，李凯民，马荣荣，等 . 浸渍石墨材料在不同法向载荷下的磨损性能研究［J］. 润滑与密封， 2024 ， 49 （ 7 ）： 58 - 66 .

Song Wei ， Li Kaimin ， Ma Rongrong ， et al . Study on wear properties of impregnated graphite materials under different normal loads ［J］. Lubrication Engineering ， 2024 ， 49 （ 7 ）： 58 - 66 . （In Chinese）

吕纯，张培林，吴定海，等 . 基于超声传感器的油液磨粒在线监测系统的研究［J］. 机床与液压， 2016 ， 44 （ 7 ）： 73 - 75 .

Lü Chun ， Zhang Peilin ， Wu Dinghai ， et al . Research on online monitoring system for oil wear debris based on ultrasonic sensor ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2016 ， 44 （ 7 ）： 73 - 75 . （In Chinese）

Bustos V A ， Furlong O J . Stick-slip friction：a Monte Carlo study ［J］. Tribology International ， 2016 ， 102 ： 355 - 360 .

Tonazzi D ， Massi F ， Baillet L ， et al . Experimental and numerical analysis of frictional contact scenarios：from macro stick-slip to continuous sliding ［J］. Meccanica ， 2015 ， 50 （ 3 ）： 649 - 664 .

Liu G ， Li X ， Qin B ， et al . Investigation of the mending effect and mechanism of copper nano-particles on a tribologically stressed surface ［J］. Tribology Letters ， 2004 ， 17 （ 4 ）： 961 - 966 .

Sui T Y ， Song B Y ， Zhang F ， et al . Effect of particle size and ligand on the tribological properties of amino functionalized hairy silica nanoparticles as an additive to polyalphaolefin ［J］. Journal of Nanomaterials ， 2015 ， 2015 （ 1 ）： 492401 .

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