滑动摩擦过程中的剪切应力和摩擦热的耦合作用诱发的摩擦副材料表面和次表层的组织形变、相变、晶粒超细化甚至元素扩散会严重影响其摩擦学行为，进而影响其可靠性和寿命。因此，研究摩擦诱导的表层材料组织、性能以及成分的演化，对设计和研发新的摩擦学材料和表面工程技术、为提升摩擦学系统的可靠性、改善摩擦副寿命具有较高学术价值和指导意义。本文以T10钢和20CrMnTi钢为研究对象，分别研究了正火态T10/淬回火态20CrMnTi、淬回火态T10/淬回火态20CrMnTi以及淬回火态20CrMnTi/渗铬T10三对摩擦副的干滑动摩擦磨损行为、摩擦影响层(SFIDL)的形貌及其纳米硬度和剪切变形量，分析了摩擦影响层中的晶粒细化和对偶材料中的元素向配副体的摩擦影响层的扩散行为，FEM模拟研究了摩擦表面的温升，探讨了摩擦影响层的形成机理及元素的扩散机理。获得如下主要结论：研究了三对摩擦副的摩擦学行为。正火态T10销/淬回火态20CrMnTi盘组成的摩擦副的摩擦系数均随载荷和转速的增大而降低，销试样的磨损远大于盘试样的磨损。相对于正火态T10/淬回火态20CrMnTi摩擦副，淬回火态T10/淬回火态20CrMnTi摩擦副的摩擦系数较稳定，耐磨性提高。淬回火态20CrMnTi销/渗铬T10盘组成的摩擦副的摩擦学性能较未渗铬盘的有明显提高。研究了三对摩擦副的干滑动磨损机理。正火态T10钢销/淬回火态20CrMnTi钢盘组成的摩擦副，销试样的磨损机理以粘着磨损和磨粒磨损为主并伴随氧化磨损，盘试样的磨损机理则以粘着磨损为主；淬火态T10钢销试样的硬度提高使得其摩擦表层局部破裂和部分剥落。与渗铬T10钢盘试样配对的20CrMnTi销试样的磨损机理从粘着磨损+磨粒磨损转变为以粘着磨损为主，渗铬T10钢盘的磨损机理主要为脆性剥落导致的磨损。研究了销和盘试样的摩擦影响层结构。正火态T10钢销/淬回火态20CrMnTi钢盘摩擦副双方的摩擦影响层由机械混合层（MML）层和严重塑性变形层（PDL）组成；淬回火态T10钢销/淬回火态20CrMnTi钢盘摩擦副双方的摩擦影响层均仅PDL层，难以观察到MML层；淬回火态20CrMnTi钢销/渗铬T10钢盘摩擦副的盘未形成摩擦影响层，摩擦诱发了渗铬层的断裂或破损，而销的摩擦影响层也仅有PDL层。研究了正火态T10钢销/淬回火态20CrMnTi钢盘组成的摩擦副的摩擦影响层的硬度和变形量。销试样的摩擦影响层的纳米硬度随距磨损表面的深度增加而降低，最高硬度达到约10.36GPa；销和盘试样的等效应变随距磨损表面深度的增加也均逐渐减小。硬度较高的盘试样的等效应变小于硬度较低的销试样的应变；淬回火态T10钢销/淬回火态20CrMnTi钢盘摩擦副的摩擦影响层的纳米硬度可分为三层，即销试样的第1层硬度高于盘的硬度，第2层为硬度急剧降低层，相同深度下销试样的硬度相反小于盘的硬度，第3层为基体硬度。随距磨损表面的深度增加，销和盘试样的等效应变均逐渐减小，估算的销试样的等效应变始终大于盘试样的应变；与淬回火态20CrMnTi钢销试样配副的渗铬T10钢盘试样在0-5μm处的纳米硬度较未渗铬T10盘试样的纳米硬度高。采用ABAQUS软件模拟了正火态T10钢销/淬回火态20CrMnTi钢盘的摩擦温升。销和盘试样的摩擦表面温升随载荷、转速增加而升高，接触表面的最高温度可达374.2℃。研究了正火态T10钢销/淬回火态20CrMnTi钢盘组成的摩擦副的摩擦影响层的晶粒细化现象。随载荷和转速的增大，销试样磨损表层的渗碳体出现碎化、溶解的现象，铁素体晶粒超细化甚至纳米晶化；盘的磨损表层中的马氏体的位错密度增加，马氏体片层出现超薄化。在转速200rpm和载荷60N试验后，销试样中铁素体晶粒细化至约20nm。采用SIMS研究了正火态T10钢销/淬回火态20CrMnTi钢盘摩擦副间的原子扩散行为。20CrMnTi钢中的Cr、Ti等原子扩散进入了销试样的摩擦影响层中。转速200rpm和载荷分别为40N、50N和60N试验后，Cr原子扩散进入销的摩擦影响层的深度分别为5-7μm、10-12μm和25-30μm，Ti原子的扩散深度分别为7-8μm、10-12μm和14-15μm。结合摩擦副材料间的元素浓度差、磨损表层晶粒尺寸、位错密度及计算的摩擦温升，拟合出了盘中的合金元素在销的MML和PDL中的扩散系数D较显示，其能够较好地描述干滑动摩擦条件下钢铁摩擦副间的原子扩散行为。