磨損及磨損原理-第一講

1、磨損及磨損原理磨損及磨損原理第一講第一講一一 . .概概 述述二二 . .粘著磨損粘著磨損三三 . .磨粒磨損磨粒磨損四四 . .疲勞磨損疲勞磨損五五 . .其他形式磨損其他形式磨損沖蝕磨損、化學(xué)磨損沖蝕磨損、化學(xué)磨損六六 . .磨損的轉(zhuǎn)化與復(fù)合磨損的轉(zhuǎn)化與復(fù)合題綱題綱第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的零件之間都將因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的零件之間都將因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，而生摩擦，而磨損正是由于摩擦產(chǎn)生的結(jié)果磨損正是由于摩擦產(chǎn)生的結(jié)果。由于磨損，將造成。由于磨損，將造成表層材料的損耗，零件尺寸發(fā)生變化，直接影響了零件的使用表層材料的損耗，零件尺寸發(fā)生變化，直接

2、影響了零件的使用壽命。從材料學(xué)科特別是從材料的工程應(yīng)用來(lái)看，人們更重視壽命。從材料學(xué)科特別是從材料的工程應(yīng)用來(lái)看，人們更重視研究材料的磨損。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界能源的研究材料的磨損。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界能源的1312消耗消耗于摩擦，而機(jī)械零件于摩擦，而機(jī)械零件80失效原因是磨損。失效原因是磨損。輪胎壓痕輪胎壓痕(SEM 5000X)摩擦痕跡摩擦痕跡(350X)1.1磨損研究的重要性1.2磨損研究的進(jìn)展 磨損的研究工作開展得較遲，本世紀(jì)磨損的研究工作開展得較遲，本世紀(jì)50年代初期在工業(yè)年代初期在工業(yè)發(fā)展國(guó)家開始研究發(fā)展國(guó)家開始研究“粘著磨損粘著磨損”理論，探討磨損機(jī)理。理論，探討磨損機(jī)理。1953年

3、美國(guó)的年美國(guó)的J. F. Archard 提出了提出了簡(jiǎn)單的磨損計(jì)算公式簡(jiǎn)單的磨損計(jì)算公式，1957年蘇聯(lián)的克拉蓋爾斯基提出了年蘇聯(lián)的克拉蓋爾斯基提出了固體疲勞理論和計(jì)算方法固體疲勞理論和計(jì)算方法，1973年美國(guó)的年美國(guó)的N.P.Suh提出了提出了磨損剝層理論磨損剝層理論。 20 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代后，由于電子顯微鏡、光譜儀、能譜儀、年代后，由于電子顯微鏡、光譜儀、能譜儀、俄歇譜儀以及電子衍射儀等測(cè)試儀器和放射性同位素示蹤技俄歇譜儀以及電子衍射儀等測(cè)試儀器和放射性同位素示蹤技術(shù)、鐵譜技術(shù)等大量的綜合的應(yīng)用，使得術(shù)、鐵譜技術(shù)等大量的綜合的應(yīng)用，使得磨損研究在磨損力磨損研究在磨損力學(xué)、機(jī)理、

4、失效分析、監(jiān)測(cè)及維修等方面有了較快的發(fā)展學(xué)、機(jī)理、失效分析、監(jiān)測(cè)及維修等方面有了較快的發(fā)展。把磨損試驗(yàn)機(jī)直接裝在電子顯微鏡內(nèi)進(jìn)行觀察和錄像，了解把磨損試驗(yàn)機(jī)直接裝在電子顯微鏡內(nèi)進(jìn)行觀察和錄像，了解磨損的動(dòng)態(tài)過(guò)程；研究磨損的表面，次表面及磨屑形貌、成磨損的動(dòng)態(tài)過(guò)程；研究磨損的表面，次表面及磨屑形貌、成分、組織和性能的變化，以監(jiān)測(cè)磨損過(guò)程，分析磨損機(jī)理，分、組織和性能的變化，以監(jiān)測(cè)磨損過(guò)程，分析磨損機(jī)理，從而尋求提高機(jī)器壽命的可能途徑。從而尋求提高機(jī)器壽命的可能途徑。 1.31.3磨損定義：磨損定義： 磨損是摩擦副磨損是摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在摩擦的作用下，材料表面物時(shí)，在摩擦的作用下，材料表

5、面物質(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象。質(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象。 表面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、化學(xué)作用和熱作用。表面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、化學(xué)作用和熱作用。 (1) (1) 機(jī)械作用使摩擦表面發(fā)生物質(zhì)損失及摩擦表面變形。機(jī)械作用使摩擦表面發(fā)生物質(zhì)損失及摩擦表面變形。 (2) (2) 化學(xué)作用使摩擦表面發(fā)生性狀的改變?；瘜W(xué)作用使摩擦表面發(fā)生性狀的改變。 (3) (3) 熱作用使摩擦的表面發(fā)生形狀的改變。熱作用使摩擦的表面發(fā)生形狀的改變。 定義說(shuō)明定義說(shuō)明 磨損并不局限于機(jī)械作用，由于伴同化學(xué)作用而產(chǎn)生的磨損并不局限于機(jī)械作用，由于伴同化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕腐蝕磨損磨損；由于界

6、面放電作用而引起物質(zhì)轉(zhuǎn)移的；由于界面放電作用而引起物質(zhì)轉(zhuǎn)移的電火花磨損電火花磨損；以及；以及由于伴同熱效應(yīng)而造成的由于伴同熱效應(yīng)而造成的熱磨損熱磨損等現(xiàn)象都在磨損的范圍之內(nèi)；等現(xiàn)象都在磨損的范圍之內(nèi)； 定義強(qiáng)調(diào)磨損是相對(duì)運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象，因而，橡膠表面定義強(qiáng)調(diào)磨損是相對(duì)運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象，因而，橡膠表面老化、材料腐蝕等非相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的現(xiàn)象不屬于磨損研究的范疇；老化、材料腐蝕等非相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的現(xiàn)象不屬于磨損研究的范疇；v定義說(shuō)明定義說(shuō)明磨損發(fā)生在物體工作表面材料上，其它非界面材料的損失磨損發(fā)生在物體工作表面材料上，其它非界面材料的損失或破壞，不包括在磨損范圍之內(nèi)；或破壞，不包括在磨損范圍之內(nèi)；磨損

7、是不斷損失或破壞的現(xiàn)象，損失包括直接耗失材料磨損是不斷損失或破壞的現(xiàn)象，損失包括直接耗失材料和材料的轉(zhuǎn)移和材料的轉(zhuǎn)移( (材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面上去材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面上去) )，破壞包括產(chǎn)生殘余變形，失去表面精度和光澤等。不斷損破壞包括產(chǎn)生殘余變形，失去表面精度和光澤等。不斷損失或破壞則說(shuō)明磨損過(guò)程是連續(xù)的、有規(guī)律的，而不是偶失或破壞則說(shuō)明磨損過(guò)程是連續(xù)的、有規(guī)律的，而不是偶然的幾次。然的幾次。 1.4 1.4 磨損的危害：磨損的危害： (1) (1) 影響機(jī)器的質(zhì)量，減低設(shè)備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，影響機(jī)器的質(zhì)量，減低設(shè)備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，破壞了漸開線齒

8、形，傳動(dòng)中導(dǎo)致沖擊振動(dòng)。機(jī)床主軸軸承磨損，破壞了漸開線齒形，傳動(dòng)中導(dǎo)致沖擊振動(dòng)。機(jī)床主軸軸承磨損，影響零件的加工精度。影響零件的加工精度。 (2) (2) 降低機(jī)器的效率，消耗能量。如柴油機(jī)缸套的磨損，導(dǎo)致功降低機(jī)器的效率，消耗能量。如柴油機(jī)缸套的磨損，導(dǎo)致功率不能充分發(fā)揮。率不能充分發(fā)揮。 (3) (3) 減少機(jī)器的可靠性，造成不安全的因素。如斷齒、鋼軌磨損。減少機(jī)器的可靠性，造成不安全的因素。如斷齒、鋼軌磨損。 (4) (4) 消耗材料消耗材料, , 造成機(jī)械材料的大面積報(bào)廢。造成機(jī)械材料的大面積報(bào)廢。1.5 1.5 研究?jī)?nèi)容：研究?jī)?nèi)容： (1) 磨損類型及發(fā)生條件、特征和變化規(guī)律。磨損類

9、型及發(fā)生條件、特征和變化規(guī)律。 (2) 影響磨損各種因素，包括材料、表面形態(tài)、環(huán)境、滑動(dòng)影響磨損各種因素，包括材料、表面形態(tài)、環(huán)境、滑動(dòng) 速度、載荷、溫度等。速度、載荷、溫度等。 (3) 磨損的物理模型、計(jì)算及改善措施。磨損的物理模型、計(jì)算及改善措施。 (4) 磨損的測(cè)試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析方法。磨損的測(cè)試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析方法。表面被磨平，表面被磨平，實(shí)際接觸面實(shí)際接觸面積不斷增大，積不斷增大，表面應(yīng)變硬表面應(yīng)變硬化，形成氧化，形成氧化膜，磨損化膜，磨損速率減小。速率減小。斜率就是磨損速率，唯一穩(wěn)定值；斜率就是磨損速率，唯一穩(wěn)定值；大多數(shù)機(jī)件在穩(wěn)定磨損階段（大多數(shù)機(jī)件在穩(wěn)定磨損階段（AB段）服役；段）

10、服役； 磨損性能是根據(jù)機(jī)件在此階段磨損性能是根據(jù)機(jī)件在此階段 的表現(xiàn)來(lái)評(píng)價(jià)。的表現(xiàn)來(lái)評(píng)價(jià)。隨磨損的增長(zhǎng)，磨耗隨磨損的增長(zhǎng)，磨耗增加，表面間隙增大，增加，表面間隙增大，表面質(zhì)量惡表面質(zhì)量惡 化，機(jī)件快速失效?；瑱C(jī)件快速失效。1.61.6 磨損過(guò)程的一般規(guī)律：磨損過(guò)程的一般規(guī)律：1、磨損過(guò)程分為三個(gè)階段、磨損過(guò)程分為三個(gè)階段:非典型磨損曲線非典型磨損曲線 2. 磨損特性曲線磨損特性曲線典型浴盆曲線典典型浴盆曲線典型浴盆曲線型浴盆曲線磨損率磨損率:單位時(shí)間內(nèi)單位載荷下材單位時(shí)間內(nèi)單位載荷下材料的磨損量的表示料的磨損量的表示1.7 磨損類型磨損類型1、磨損磨損類型類型其其他他磨磨損損類類型型破壞方式

11、破壞方式 基基 本本 特特 征征微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通常作為磨料加劇磨損。常作為磨料加劇磨損。剝剝 層層破壞首先發(fā)生在次表層，位錯(cuò)塞積，裂紋成核，并向表面擴(kuò)展，破壞首先發(fā)生在次表層，位錯(cuò)塞積，裂紋成核，并向表面擴(kuò)展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。膠膠 合合表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大粘著坑塊，在高速表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大粘著坑塊，在高速重載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下片片粘著坑。重載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下

12、片片粘著坑。咬咬 死死黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。點(diǎn)點(diǎn) 蝕蝕材料以極細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多材料以極細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑豆斑”狀凹坑。狀凹坑。研研 磨磨 宏觀上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；邸：暧^上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；?。劃劃 傷傷低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。鑿鑿 削削存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成2 2、 表面破壞方

13、式及特征表面破壞方式及特征磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通常磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通常作為磨料加劇磨損。作為磨料加劇磨損。表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大粘著坑塊，在高速重表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大粘著坑塊，在高速重載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下片片粘著坑。載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下片片粘著坑。黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。破壞首先發(fā)生在次表層，并向表面擴(kuò)展，最后材

14、料以薄片狀剝落，破壞首先發(fā)生在次表層，并向表面擴(kuò)展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。形成片狀磨屑。材料以極細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多材料以極細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑豆斑”狀凹坑。狀凹坑。低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。宏觀上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；?。宏觀上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；?。存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成1.81.8磨損的評(píng)定磨損的評(píng)定 磨損時(shí)零件表面的損壞是材料表面單個(gè)微觀體積損壞的總和。目前磨損時(shí)零件表面的損壞是材料表面單個(gè)微觀體積損壞的總和。目前對(duì)磨

15、損評(píng)定方法還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這里主要介紹三種方法：對(duì)磨損評(píng)定方法還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這里主要介紹三種方法：磨損量、磨損量、耐磨性和磨損比耐磨性和磨損比。 （1）磨損量）磨損量 評(píng)定材料磨損的三個(gè)基本磨損量是評(píng)定材料磨損的三個(gè)基本磨損量是長(zhǎng)度磨損量長(zhǎng)度磨損量Wl、體積磨損量體積磨損量Wv和和重量磨損量重量磨損量Ww。 長(zhǎng)度磨損量長(zhǎng)度磨損量是指磨損過(guò)程中零件表面尺寸的改變量，這在實(shí)際設(shè)備的是指磨損過(guò)程中零件表面尺寸的改變量，這在實(shí)際設(shè)備的磨損監(jiān)測(cè)中經(jīng)常使用。磨損監(jiān)測(cè)中經(jīng)常使用。 體積磨損量體積磨損量和重量磨損量是指磨損過(guò)程中零件或試樣的體積或重量的和重量磨損量是指磨損過(guò)程中零件或試樣的體積或重量的改

16、變量。改變量。 在所有的情況下，磨損都是時(shí)間的函數(shù)，因此，用在所有的情況下，磨損都是時(shí)間的函數(shù)，因此，用磨損率磨損率Wt來(lái)表示來(lái)表示時(shí)間的特性。其它指標(biāo)還有時(shí)間的特性。其它指標(biāo)還有磨損強(qiáng)度磨損強(qiáng)度W(單位摩擦距離的磨損量，有人單位摩擦距離的磨損量，有人也把它稱為磨損率也把它稱為磨損率)，和，和磨損速度磨損速度WT(是指機(jī)器完成一單位工作量的磨損是指機(jī)器完成一單位工作量的磨損量量)。（2 2）耐磨性）耐磨性 材料的耐磨性是指在一定工作條件下材料耐磨損的特性。材料的耐磨性是指在一定工作條件下材料耐磨損的特性。材料耐磨性分為材料耐磨性分為相對(duì)耐磨性和絕對(duì)耐磨性相對(duì)耐磨性和絕對(duì)耐磨性兩種。材料的相對(duì)兩

17、種。材料的相對(duì)耐磨性耐磨性是指兩種材料是指兩種材料A與與B在相同的外部條件下磨損量的比在相同的外部條件下磨損量的比值，其中材料之一的值，其中材料之一的A是標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)(或參考或參考)試樣。試樣。AWA/WB 磨損量磨損量WA和和WB一般用體積磨損量，特殊情況下可使用一般用體積磨損量，特殊情況下可使用其它磨損量。其它磨損量。 耐磨性通常也用絕對(duì)指標(biāo)耐磨性通常也用絕對(duì)指標(biāo)W-1或或W -1表示，即用磨損量或表示，即用磨損量或磨損率的倒數(shù)表示。磨損率的倒數(shù)表示。W-1=1/W, W -1=1/W 耐磨性使用最多的是體積磨損量的倒數(shù)耐磨性使用最多的是體積磨損量的倒數(shù)，也可用體積磨，也可用體積磨損率、體積

18、磨損強(qiáng)度或體積磨損速度的倒數(shù)表示。損率、體積磨損強(qiáng)度或體積磨損速度的倒數(shù)表示。 絕對(duì)耐磨絕對(duì)耐磨性和相對(duì)耐磨性的關(guān)系是性和相對(duì)耐磨性的關(guān)系是AWAW1 （3 3）磨損比）磨損比 沖蝕磨損過(guò)程中常用磨損比沖蝕磨損過(guò)程中常用磨損比( (也有稱磨損率也有稱磨損率) )來(lái)度來(lái)度量磨損。量磨損。 它必須在穩(wěn)態(tài)磨損過(guò)程中測(cè)量，在其它磨損階段它必須在穩(wěn)態(tài)磨損過(guò)程中測(cè)量，在其它磨損階段中所測(cè)量的磨損比將有較大的差別。中所測(cè)量的磨損比將有較大的差別。 不論是磨損量、耐磨性和磨損比，它們都是在一不論是磨損量、耐磨性和磨損比，它們都是在一定實(shí)驗(yàn)條件或工況下的相對(duì)指標(biāo)，不同實(shí)驗(yàn)條件或定實(shí)驗(yàn)條件或工況下的相對(duì)指標(biāo)，不同

19、實(shí)驗(yàn)條件或工況下的數(shù)據(jù)是不可比較的。工況下的數(shù)據(jù)是不可比較的。）料量（造成該磨損量所用的磨）或材料的沖蝕磨損量（磨損比gmg3第二節(jié)第二節(jié) 粘著磨損粘著磨損1 定義定義: 當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)時(shí)當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)時(shí), 由于粘著效應(yīng)由于粘著效應(yīng)所形成結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材所形成結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材料或脫落成磨屑，或由一個(gè)表面遷移到料或脫落成磨屑，或由一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，此類磨損稱為粘著磨損。另一個(gè)表面，此類磨損稱為粘著磨損。2 粘著磨損機(jī)理：粘著磨損機(jī)理： 當(dāng)摩擦副接觸時(shí)，接觸首先發(fā)生在少數(shù)幾當(dāng)摩擦副接觸時(shí)，接觸首先發(fā)生在少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立的微凸體上。因此，在一定的法向載荷個(gè)獨(dú)立的微凸體

20、上。因此，在一定的法向載荷作用下，微凸體的局部壓力就可能超過(guò)材料的作用下，微凸體的局部壓力就可能超過(guò)材料的屈服壓力而發(fā)生塑性變形，繼而使兩摩擦表面屈服壓力而發(fā)生塑性變形，繼而使兩摩擦表面產(chǎn)生粘著（焊接）產(chǎn)生粘著（焊接） 。當(dāng)微凸體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，。當(dāng)微凸體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互焊接的微凸體發(fā)生剪切、斷裂。脫落的材相互焊接的微凸體發(fā)生剪切、斷裂。脫落的材料或成為磨屑，或發(fā)生轉(zhuǎn)移。如撕斷處在焊接料或成為磨屑，或發(fā)生轉(zhuǎn)移。如撕斷處在焊接的部位，不發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。如撕斷處不在焊的部位，不發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。如撕斷處不在焊接的部位，則發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。接的部位，則發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。粘著粘著-剪斷剪斷-轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移-再粘著循環(huán)

21、不斷進(jìn)行，構(gòu)成粘著磨損過(guò)程。再粘著循環(huán)不斷進(jìn)行，構(gòu)成粘著磨損過(guò)程。粘粘著著磨磨損損(1)(1)輕微磨損輕微磨損: : 粘著結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副基體金屬抗剪切強(qiáng)度都低粘著結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副基體金屬抗剪切強(qiáng)度都低，剪切破壞發(fā)生在，剪切破壞發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料較輕微。粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料較輕微。 此時(shí)雖然摩擦系數(shù)增大，但是磨損卻很小，材料遷移也不顯著。通常此時(shí)雖然摩擦系數(shù)增大，但是磨損卻很小，材料遷移也不顯著。通常在金屬表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂層時(shí)發(fā)生輕微粘著摩損。在金屬表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂層時(shí)發(fā)生輕微粘著摩損。(2)(2)涂抹涂抹: : 粘著結(jié)合強(qiáng)度大于較軟金屬抗剪

22、切強(qiáng)度粘著結(jié)合強(qiáng)度大于較軟金屬抗剪切強(qiáng)度，小于較硬金屬抗剪切強(qiáng)度。，小于較硬金屬抗剪切強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬金屬表面。這種模式的摩擦系數(shù)與輕微磨損差不多，但磨損程度加劇。金屬表面。這種模式的摩擦系數(shù)與輕微磨損差不多，但磨損程度加劇。v粘著磨損又稱擦傷或咬合磨損。粘著磨損又稱擦傷或咬合磨損。v出現(xiàn)條件：相對(duì)滑動(dòng)速度小，接觸面氧化膜脆弱，出現(xiàn)條件：相對(duì)滑動(dòng)速度小，接觸面氧化膜脆弱，潤(rùn)滑條件差，接觸應(yīng)力大。潤(rùn)滑條件差，接觸應(yīng)力大。 根據(jù)粘著點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞位置不同，粘著磨損根據(jù)粘著點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞

23、位置不同，粘著磨損有五種不同的形式有五種不同的形式（五類典型粘著磨損）（五類典型粘著磨損） ：(5) 咬死：咬死： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，粘著區(qū)域大，切應(yīng)力低于粘，粘著區(qū)域大，切應(yīng)力低于粘著結(jié)合強(qiáng)度。摩擦副之間發(fā)生嚴(yán)重粘著而不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)。著結(jié)合強(qiáng)度。摩擦副之間發(fā)生嚴(yán)重粘著而不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)。(3)擦傷：擦傷： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基本金屬的抗剪強(qiáng)度都高。粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基本金屬的抗剪強(qiáng)度都高。剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表層內(nèi)或硬金屬的亞表層內(nèi)，轉(zhuǎn)移到硬金屬上的粘著物使軟表面出現(xiàn)細(xì)而淺劃層內(nèi)或硬金屬的亞表層內(nèi)，轉(zhuǎn)移到硬金屬上的粘

24、著物使軟表面出現(xiàn)細(xì)而淺劃痕，硬金屬表面也偶有劃傷。痕，硬金屬表面也偶有劃傷。(4)劃傷：劃傷： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，切應(yīng)力高于粘著結(jié)合強(qiáng)度。，切應(yīng)力高于粘著結(jié)合強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在摩擦副金屬較深處，表面呈現(xiàn)寬而深的劃痕。剪切破壞發(fā)生在摩擦副金屬較深處，表面呈現(xiàn)寬而深的劃痕。 此時(shí)表面將沿著滑動(dòng)方向呈現(xiàn)明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。如果滑動(dòng)繼此時(shí)表面將沿著滑動(dòng)方向呈現(xiàn)明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。如果滑動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，粘著范圍將很快增大，摩擦產(chǎn)生的熱量使表面溫度劇增，極易出現(xiàn)續(xù)進(jìn)行，粘著范圍將很快增大，摩擦產(chǎn)生的熱量使表面溫度劇增，極易出現(xiàn)局部熔焊，

25、使摩擦副之間咬死而不能相對(duì)滑動(dòng)。局部熔焊，使摩擦副之間咬死而不能相對(duì)滑動(dòng)。 這種破壞性很強(qiáng)的磨損形式，應(yīng)力求避免這種破壞性很強(qiáng)的磨損形式，應(yīng)力求避免。(1)(1)摩擦副材料：摩擦副材料： a:材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘著能力高。材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘著能力高。 塑性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞以塑性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞以塑性流動(dòng)塑性流動(dòng)為主，發(fā)生為主，發(fā)生 在表層深處，磨損顆粒在表層深處，磨損顆粒大。大。 脆性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞主要脆性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞主要?jiǎng)兟鋭兟?，損傷深度較淺，磨損顆粒較小，容易，損傷深度較淺，磨損顆粒較小，容易脫落，不堆積于表面。脫落，不堆積于表面。 根據(jù)強(qiáng)度理論

26、：脆性材料的破壞由正應(yīng)力引起，塑性材料的破壞決定于切根據(jù)強(qiáng)度理論：脆性材料的破壞由正應(yīng)力引起，塑性材料的破壞決定于切應(yīng)力。表面接觸中的最大正應(yīng)力作用在表面，最大切應(yīng)力離表面有一應(yīng)力。表面接觸中的最大正應(yīng)力作用在表面，最大切應(yīng)力離表面有一定深度，所以定深度，所以材料塑性越高，粘著磨損越嚴(yán)重材料塑性越高，粘著磨損越嚴(yán)重。4. 4. 粘著磨損的影響因素粘著磨損的影響因素b:材料的互溶性：材料的互溶性： 1.相同金屬或互溶性大的材料摩擦副易發(fā)生粘著磨損。相同金屬或互溶性大的材料摩擦副易發(fā)生粘著磨損。 2.異種金屬或互溶性小的材料摩擦副抗粘著磨損能力較高。異種金屬或互溶性小的材料摩擦副抗粘著磨損能力較高

27、。 3.金屬與非金屬摩擦副抗粘著磨損能力高于異體金屬摩擦副金屬與非金屬摩擦副抗粘著磨損能力高于異體金屬摩擦副 。 一般，冶金相溶性好的金屬摩擦副，其摩擦相溶性就差，相同金屬一般，冶金相溶性好的金屬摩擦副，其摩擦相溶性就差，相同金屬摩擦副，摩擦互溶性最差。摩擦副，摩擦互溶性最差。 隨著滑動(dòng)速度的變化，磨損類型由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡S著滑動(dòng)速度的變化，磨損類型由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。另一種形式。 如圖如圖(a)所示，當(dāng)摩擦速度很低時(shí)，主要是所示，當(dāng)摩擦速度很低時(shí)，主要是氧化磨氧化磨損，出現(xiàn)損，出現(xiàn)Fe2O3的磨屑，的磨屑，磨損量很小磨損量很小。 隨速度的增大，氧化膜破裂，金屬的直接接觸，轉(zhuǎn)隨速度的增

28、大，氧化膜破裂，金屬的直接接觸，轉(zhuǎn)化為化為粘著磨損粘著磨損，磨損量顯著增大。磨損量顯著增大。 滑動(dòng)速度再高，摩擦溫度上升，有利于氧化膜形成，滑動(dòng)速度再高，摩擦溫度上升，有利于氧化膜形成，又轉(zhuǎn)為又轉(zhuǎn)為氧化磨損氧化磨損，磨屑為，磨屑為Fe3O4，磨損量又減小磨損量又減小。 如摩擦速度再增大，將再次轉(zhuǎn)化為如摩擦速度再增大，將再次轉(zhuǎn)化為粘著磨損粘著磨損，磨損，磨損量又開始增加。量又開始增加。 圖圖(b)是滑動(dòng)速度保持一定而改變載荷所得到的鋼是滑動(dòng)速度保持一定而改變載荷所得到的鋼對(duì)鋼磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)鋼磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 載荷小產(chǎn)生氧化磨損載荷小產(chǎn)生氧化磨損, 磨屑主要是磨屑主要是Fe2O3；當(dāng)載荷達(dá)到當(dāng)載荷

29、達(dá)到W0后后, 磨屑是磨屑是FeO、Fe2O3 和和Fe3O4的混合的混合物。物。 載荷超過(guò)載荷超過(guò)Wc以后以后, 便轉(zhuǎn)入危害性的便轉(zhuǎn)入危害性的粘著磨損粘著磨損。表面溫度的影響表面溫度的影響 表層溫度特性對(duì)于摩擦表表層溫度特性對(duì)于摩擦表面的相互作用和破壞影響很大。面的相互作用和破壞影響很大。表面溫度升高可使表面溫度升高可使?jié)櫥な?rùn)滑膜失效，使材料硬度下降，摩擦表面容使材料硬度下降，摩擦表面容易產(chǎn)生粘著磨損。易產(chǎn)生粘著磨損。 如圖為溫度對(duì)膠合磨損的影響，可以看出，當(dāng)表面溫度達(dá)如圖為溫度對(duì)膠合磨損的影響，可以看出，當(dāng)表面溫度達(dá)到臨界值到臨界值(約約80)時(shí)時(shí), 磨損量和摩擦系數(shù)都急劇增加。磨損

30、量和摩擦系數(shù)都急劇增加。 影響溫度特性的主要因素是表面壓力影響溫度特性的主要因素是表面壓力p和滑動(dòng)速度和滑動(dòng)速度v，其中，其中速度的影響更大，因此限制速度的影響更大，因此限制pv值是減少粘著磨損和防止膠合值是減少粘著磨損和防止膠合發(fā)生的有效方法發(fā)生的有效方法。潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的影響潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的影響 在潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂中加人油性或極壓添加劑能提高潤(rùn)滑油膜吸附能力及油在潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂中加人油性或極壓添加劑能提高潤(rùn)滑油膜吸附能力及油膜強(qiáng)度，能成倍地提高抗粘著磨損能力。膜強(qiáng)度，能成倍地提高抗粘著磨損能力。 油性添加劑油性添加劑是由極性非常強(qiáng)的分子組成，在常溫條件下，吸附在金屬表面是由極性非常強(qiáng)的分子組

31、成，在常溫條件下，吸附在金屬表面上形成邊界潤(rùn)滑膜，防止金屬表面的直接接觸，保持摩擦面的良好潤(rùn)滑狀態(tài)。上形成邊界潤(rùn)滑膜，防止金屬表面的直接接觸，保持摩擦面的良好潤(rùn)滑狀態(tài)。 極壓添加劑極壓添加劑是在高溫條件下，分解出活性元素與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，生是在高溫條件下，分解出活性元素與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，生成一種低剪切強(qiáng)度的金屬化合物薄膜，防止金屬因干摩擦或邊界摩擦條件下成一種低剪切強(qiáng)度的金屬化合物薄膜，防止金屬因干摩擦或邊界摩擦條件下而引起的粘著現(xiàn)象。而引起的粘著現(xiàn)象。1.磨損量與滑動(dòng)距離成正比磨損量與滑動(dòng)距離成正比2.磨損量與載荷成正比磨損量與載荷成正比3.磨損量與較軟材料的硬度或屈服極限成正比磨損

32、量與較軟材料的硬度或屈服極限成正比 實(shí)際上，只有相同的金屬材料組成摩擦副時(shí)，才能按硬度估計(jì)粘著磨損，實(shí)際上，只有相同的金屬材料組成摩擦副時(shí)，才能按硬度估計(jì)粘著磨損，合金或不同材料的摩擦副，合金或不同材料的摩擦副， 硬度不能反映粘著系數(shù)、粘著磨損或粘著引硬度不能反映粘著系數(shù)、粘著磨損或粘著引起的咬死等情況。起的咬死等情況。三條粘著磨損規(guī)律：三條粘著磨損規(guī)律：第三節(jié)第三節(jié) 磨粒磨損磨粒磨損1 1 定義定義: :外界硬顆?；蛘邔?duì)磨表面上的硬突起物或粗糙峰外界硬顆?；蛘邔?duì)磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩擦過(guò)程中引起在摩擦過(guò)程中引起表面材料脫落表面材料脫落的現(xiàn)象的現(xiàn)象, 稱為磨粒磨損。稱為磨粒磨損。 磨粒

33、磨粒是摩擦表面互相摩擦產(chǎn)生或由介質(zhì)帶入摩擦表面。是摩擦表面互相摩擦產(chǎn)生或由介質(zhì)帶入摩擦表面。 例如：例如：掘土機(jī)鏟齒、球磨機(jī)襯板等的磨損都是典型掘土機(jī)鏟齒、球磨機(jī)襯板等的磨損都是典型的磨粒磨損。機(jī)床導(dǎo)軌面由于切屑的存在也會(huì)引起的磨粒磨損。機(jī)床導(dǎo)軌面由于切屑的存在也會(huì)引起磨粒磨損。水輪機(jī)葉片和船舶螺旋槳等與含泥沙的磨粒磨損。水輪機(jī)葉片和船舶螺旋槳等與含泥沙的水之間的侵蝕磨損也屬于磨粒磨損。水之間的侵蝕磨損也屬于磨粒磨損。2 磨粒磨損機(jī)理磨粒磨損機(jī)理(1)(1)微觀切削微觀切削： 磨粒作用在零件材料表面上的力，可分磨粒作用在零件材料表面上的力，可分為法向力和切向力。法向力將磨粒壓入摩擦為法向力和切

34、向力。法向力將磨粒壓入摩擦表面，如硬度試驗(yàn)一樣，在表面上形成壓痕。表面，如硬度試驗(yàn)一樣，在表面上形成壓痕。切向力使磨粒向前推進(jìn)，當(dāng)磨粒的形狀與位切向力使磨粒向前推進(jìn)，當(dāng)磨粒的形狀與位向適當(dāng)時(shí)，磨粒就象刀具一樣，對(duì)表面進(jìn)行向適當(dāng)時(shí)，磨粒就象刀具一樣，對(duì)表面進(jìn)行剪切、和切削剪切、和切削，產(chǎn)生槽狀磨痕，產(chǎn)生槽狀磨痕. .不過(guò)這種切削不過(guò)這種切削的寬度和深度都很小，因此產(chǎn)生的切屑也很的寬度和深度都很小，因此產(chǎn)生的切屑也很小。小。 磨粒磨損是最普遍的磨損形式。據(jù)統(tǒng)計(jì)磨粒磨損是最普遍的磨損形式。據(jù)統(tǒng)計(jì), 在生產(chǎn)中因在生產(chǎn)中因磨粒磨磨粒磨損所造成的損失占整個(gè)磨損損失的一半左右損所造成的損失占整個(gè)磨損損失的一

35、半左右, 因而研究磨粒磨損因而研究磨粒磨損有著重要的意義。關(guān)于材料磨粒磨損主要有以下幾個(gè)假設(shè)：有著重要的意義。關(guān)于材料磨粒磨損主要有以下幾個(gè)假設(shè)： (1)(1)微觀切削微觀切削 雖然切削時(shí)雖然切削時(shí)“刀具刀具”，即一般的磨粒，大多具有負(fù)前角，即一般的磨粒，大多具有負(fù)前角的特征，切屑變形也較大些，但在顯微鏡下觀察，這些微觀的特征，切屑變形也較大些，但在顯微鏡下觀察，這些微觀切屑仍具有機(jī)加工中切屑的特征。這些切屑一般長(zhǎng)寬比較大，切屑仍具有機(jī)加工中切屑的特征。這些切屑一般長(zhǎng)寬比較大，切屑的一面較光滑，而另一面則有滑動(dòng)的臺(tái)階，有些還有卷切屑的一面較光滑，而另一面則有滑動(dòng)的臺(tái)階，有些還有卷曲現(xiàn)象。曲現(xiàn)象

36、。 微觀切削微觀切削是材料磨粒磨損的主要機(jī)理。是材料磨粒磨損的主要機(jī)理。 磨粒和表面接觸時(shí)發(fā)生切削的概率不是很大，雖然在某種條件下切磨粒和表面接觸時(shí)發(fā)生切削的概率不是很大，雖然在某種條件下切削磨損量占總磨損量的比例很大。但當(dāng)磨粒形狀較圓鈍時(shí)，或在犁削削磨損量占總磨損量的比例很大。但當(dāng)磨粒形狀較圓鈍時(shí)，或在犁削過(guò)程磨粒的棱角而不是棱邊對(duì)著運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，或磨粒和被磨材料表面過(guò)程磨粒的棱角而不是棱邊對(duì)著運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，或磨粒和被磨材料表面間的夾角間的夾角( (迎角迎角) )太小時(shí)，或表面材料塑性很高時(shí)，往往太小時(shí)，或表面材料塑性很高時(shí)，往往磨粒在表面滑磨粒在表面滑過(guò)后，只犁出一條溝來(lái)，把材料推向兩邊或前面

37、，而不能切削出切屑過(guò)后，只犁出一條溝來(lái)，把材料推向兩邊或前面，而不能切削出切屑來(lái)來(lái)，特別是松散的自由磨粒，大概有，特別是松散的自由磨粒，大概有9090以上的磨粒發(fā)生滾動(dòng)接觸，以上的磨粒發(fā)生滾動(dòng)接觸，只能壓出印痕來(lái)，而形成犁溝的概率只不過(guò)只能壓出印痕來(lái)，而形成犁溝的概率只不過(guò)1010，這樣切削的可能性，這樣切削的可能性就更少了。就更少了。 還有一種情況，如沖擊角較大的沖蝕磨損以及球磨機(jī)磨球?qū)δチ蠜_還有一種情況，如沖擊角較大的沖蝕磨損以及球磨機(jī)磨球?qū)δチ蠜_擊時(shí)，往往在表面上形成壓坑和在壓坑四周被擠壓出唇狀凸緣，只能使表?yè)魰r(shí)，往往在表面上形成壓坑和在壓坑四周被擠壓出唇狀凸緣，只能使表面發(fā)生塑性變形而

38、切削的分量就很少。面發(fā)生塑性變形而切削的分量就很少。 (1)微觀切削微觀切削(2) (2) 擠壓剝落擠壓剝落： 磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產(chǎn)生壓磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產(chǎn)生壓痕，將塑性材料的表面擠壓出痕，將塑性材料的表面擠壓出層狀或鱗片狀層狀或鱗片狀剝落碎屑剝落碎屑。 當(dāng)磨?；^(guò)表面時(shí)當(dāng)磨?；^(guò)表面時(shí), ,除了切削外除了切削外, ,大部分磨粒只把材料推向前大部分磨粒只把材料推向前面或兩旁面或兩旁, ,這些材料受到很大的塑性形變這些材料受到很大的塑性形變, ,卻沒(méi)有脫離母體卻沒(méi)有脫離母體, ,同同時(shí)在溝底及溝槽附近的材料也受到較大的變形。犁溝時(shí)一般可時(shí)在溝底及溝槽附近的材料也受到較大的

39、變形。犁溝時(shí)一般可能有一部分材料被切削而形成切屑能有一部分材料被切削而形成切屑, ,一部分則末被切削而僅有一部分則末被切削而僅有塑變，披推向兩側(cè)和前緣。塑變，披推向兩側(cè)和前緣。若犁溝時(shí)全部的溝槽體積都被推向若犁溝時(shí)全部的溝槽體積都被推向兩旁和前緣而不產(chǎn)生任何一次切屑時(shí)兩旁和前緣而不產(chǎn)生任何一次切屑時(shí), ,則稱之為則稱之為犁皺犁皺。犁溝或。犁溝或犁皺后堆積在兩旁和前緣的材料以及溝槽中的材料犁皺后堆積在兩旁和前緣的材料以及溝槽中的材料, ,當(dāng)受到隨當(dāng)受到隨后的磨料作用時(shí)，可能把堆積起的材料重新壓平后的磨料作用時(shí)，可能把堆積起的材料重新壓平, ,也可能使已也可能使已變形的溝底材料遭到再一次的犁皺變形

40、變形的溝底材料遭到再一次的犁皺變形, ,如此反復(fù)塑變?nèi)绱朔磸?fù)塑變, ,導(dǎo)致材導(dǎo)致材料的加工硬化或其它強(qiáng)化作用料的加工硬化或其它強(qiáng)化作用, ,終于剝落而成為磨屑。終于剝落而成為磨屑。 由于多次變形引起材料晶格的殘余畸變，導(dǎo)致材料不可能由于多次變形引起材料晶格的殘余畸變，導(dǎo)致材料不可能再繼續(xù)變形和吸收能量。塑性變形降低了材料應(yīng)力重新分配的再繼續(xù)變形和吸收能量。塑性變形降低了材料應(yīng)力重新分配的能力，故有些截面上能力，故有些截面上( (當(dāng)外力不變時(shí)當(dāng)外力不變時(shí)) )由于應(yīng)力的增長(zhǎng)由于應(yīng)力的增長(zhǎng)( (集中集中) )逐逐漸喪失塑性而變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。漸喪失塑性而變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。 (3) (3) 疲勞破壞疲勞破壞

41、： 摩擦表面在磨料產(chǎn)生的循環(huán)接觸力作用下，摩擦表面在磨料產(chǎn)生的循環(huán)接觸力作用下，使表面材料因疲勞而剝落。使表面材料因疲勞而剝落。 克拉蓋爾斯基克拉蓋爾斯基提出提出“疲勞磨損機(jī)理在一般磨粒磨損中起疲勞磨損機(jī)理在一般磨粒磨損中起主導(dǎo)作用主導(dǎo)作用”。疲勞一詞是指由重復(fù)應(yīng)力循環(huán)引起的一種特。疲勞一詞是指由重復(fù)應(yīng)力循環(huán)引起的一種特殊破壞形式，這種應(yīng)力循環(huán)的應(yīng)力幅不超過(guò)材料的彈性極殊破壞形式，這種應(yīng)力循環(huán)的應(yīng)力幅不超過(guò)材料的彈性極限。疲勞磨損系由于表層微觀組織受周期載荷作用而產(chǎn)生限。疲勞磨損系由于表層微觀組織受周期載荷作用而產(chǎn)生的。其特征是材料在強(qiáng)化過(guò)程進(jìn)展的同時(shí)，過(guò)程的速度強(qiáng)的。其特征是材料在強(qiáng)化過(guò)程進(jìn)

42、展的同時(shí)，過(guò)程的速度強(qiáng)烈地決定于周圍的介質(zhì)以及介質(zhì)對(duì)強(qiáng)化的作用。烈地決定于周圍的介質(zhì)以及介質(zhì)對(duì)強(qiáng)化的作用。 標(biāo)準(zhǔn)的疲勞過(guò)程常有潛伏期，在此期間材料外部發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)的疲勞過(guò)程常有潛伏期，在此期間材料外部發(fā)生硬化但不出現(xiàn)任何微觀破壞。當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，在材料表硬化但不出現(xiàn)任何微觀破壞。當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，在材料表層出現(xiàn)硬化的滑移塑變層和裂紋。層出現(xiàn)硬化的滑移塑變層和裂紋。 微觀斷裂微觀斷裂( (剝落剝落) )磨損機(jī)理：磨損機(jī)理： 磨損時(shí)由于磨粒的壓入大多數(shù)材料都會(huì)發(fā)生塑性變形。磨損時(shí)由于磨粒的壓入大多數(shù)材料都會(huì)發(fā)生塑性變形。但脆性材料，斷裂機(jī)理可能占支配的地位但脆性材料，斷裂機(jī)理可能占支配的地位。當(dāng)斷裂發(fā)生

43、時(shí)，。當(dāng)斷裂發(fā)生時(shí)，壓痕四周外圍的材料都要被磨損剝落，比塑性材料的磨損量壓痕四周外圍的材料都要被磨損剝落，比塑性材料的磨損量大。大。脆性材料的壓入斷裂，其外部條件決定于載荷大小、磨脆性材料的壓入斷裂，其外部條件決定于載荷大小、磨粒形狀與尺寸和周圍環(huán)境等參量，內(nèi)部參量則主要決定于材粒形狀與尺寸和周圍環(huán)境等參量，內(nèi)部參量則主要決定于材料的硬度與斷裂韌性等料的硬度與斷裂韌性等。對(duì)脆性材料來(lái)說(shuō)，壓痕常帶有明顯。對(duì)脆性材料來(lái)說(shuō)，壓痕常帶有明顯的表面裂紋。斷裂韌性低的材料裂紋較長(zhǎng)。當(dāng)橫向裂紋互相的表面裂紋。斷裂韌性低的材料裂紋較長(zhǎng)。當(dāng)橫向裂紋互相交叉或擴(kuò)展到表面時(shí)，就造成微觀斷裂機(jī)理的材料磨損。交叉或擴(kuò)展

44、到表面時(shí)，就造成微觀斷裂機(jī)理的材料磨損。 以上幾種磨料磨損機(jī)理，還有待于進(jìn)一步的研究和闡明。以上幾種磨料磨損機(jī)理，還有待于進(jìn)一步的研究和闡明。但有一點(diǎn)必須加以說(shuō)明，但有一點(diǎn)必須加以說(shuō)明，即磨料磨損過(guò)程中不只是有一種機(jī)即磨料磨損過(guò)程中不只是有一種機(jī)理而往往有幾種機(jī)理同時(shí)存在理而往往有幾種機(jī)理同時(shí)存在，由于磨損時(shí)外部條件或內(nèi)部，由于磨損時(shí)外部條件或內(nèi)部組織的變化，磨損機(jī)理也相應(yīng)地發(fā)生變化，往往從一種機(jī)理組織的變化，磨損機(jī)理也相應(yīng)地發(fā)生變化，往往從一種機(jī)理為主轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N機(jī)理為主。為主轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N機(jī)理為主。 5 5 磨料及其磨損性能磨料及其磨損性能 磨料的磨損性能和磨料的機(jī)械性能、存在狀態(tài)、結(jié)合狀態(tài)

45、及其磨料的磨損性能和磨料的機(jī)械性能、存在狀態(tài)、結(jié)合狀態(tài)及其大小、形狀和運(yùn)動(dòng)條件等有關(guān)，特別是自然破碎后的角度。大小、形狀和運(yùn)動(dòng)條件等有關(guān)，特別是自然破碎后的角度。磨料磨料的硬度的硬度是決定磨料磨損性比較關(guān)鍵的因素，在實(shí)際應(yīng)用上常以它是決定磨料磨損性比較關(guān)鍵的因素，在實(shí)際應(yīng)用上常以它來(lái)判定磨料磨損性的大小。除硬度外，其它如磨料的大小、形狀、來(lái)判定磨料磨損性的大小。除硬度外，其它如磨料的大小、形狀、強(qiáng)度等對(duì)磨料磨損性都有一定的影響。強(qiáng)度等對(duì)磨料磨損性都有一定的影響。磨料的形狀磨料的形狀 尖銳的、多角形的磨料尖銳的、多角形的磨料比圓而鈍的磨料磨損得快。尖銳的磨料比圓而鈍的磨料磨損得快。尖銳的磨料在同

46、一載荷下壓入深度大，容易造成金屬表面的微觀切削，增加在同一載荷下壓入深度大，容易造成金屬表面的微觀切削，增加磨損量；磨損量；圓而鈍的磨料圓而鈍的磨料壓入深度小，大多數(shù)產(chǎn)生淺的犁溝或壓坑，壓入深度小，大多數(shù)產(chǎn)生淺的犁溝或壓坑，使材料發(fā)生彈塑性變形或甚至只在彈性變形范圍內(nèi)，不發(fā)生切削，使材料發(fā)生彈塑性變形或甚至只在彈性變形范圍內(nèi)，不發(fā)生切削，且在自由狀態(tài)時(shí)圓鈍形磨料容易發(fā)生滾動(dòng)，使磨損量變得很小。且在自由狀態(tài)時(shí)圓鈍形磨料容易發(fā)生滾動(dòng)，使磨損量變得很小。從簡(jiǎn)單模型的公式可知，磨料愈尖，從簡(jiǎn)單模型的公式可知，磨料愈尖，角越大，其正切平均值越大，角越大，其正切平均值越大，則磨損率也愈大。則磨損率也愈大。

47、磨粒大小磨粒大小 材料磨損量與磨粒大小有關(guān)，一般是隨著磨粒材料磨損量與磨粒大小有關(guān)，一般是隨著磨粒直徑的增大而增大，直到達(dá)到某一臨界尺寸后就直徑的增大而增大，直到達(dá)到某一臨界尺寸后就不再增大，而這種影響對(duì)非金屬材料來(lái)說(shuō)比金屬不再增大，而這種影響對(duì)非金屬材料來(lái)說(shuō)比金屬更大些。更大些。 若載荷增大，粒徑超過(guò)臨界尺寸后，磨粒的大若載荷增大，粒徑超過(guò)臨界尺寸后，磨粒的大小對(duì)磨損仍有影響，不過(guò)影響略小。這個(gè)臨界尺小對(duì)磨損仍有影響，不過(guò)影響略小。這個(gè)臨界尺寸大致在寸大致在80m80m左右，與材料成分、性能、預(yù)冷加左右，與材料成分、性能、預(yù)冷加工、速度與載荷等有關(guān)。工、速度與載荷等有關(guān)。磨粒尺寸：磨粒尺寸：

48、 一般金屬的磨損率隨磨粒平均尺寸的增大而增大，當(dāng)磨一般金屬的磨損率隨磨粒平均尺寸的增大而增大，當(dāng)磨粒尺寸達(dá)到一定臨界尺寸后，磨損率不再增大，臨界尺寸大粒尺寸達(dá)到一定臨界尺寸后，磨損率不再增大，臨界尺寸大約為約為80m。磨粒尺寸影磨粒尺寸影響響 若載荷增大，粒徑超過(guò)臨界若載荷增大，粒徑超過(guò)臨界尺寸后，磨粒的大小對(duì)磨損仍尺寸后，磨粒的大小對(duì)磨損仍有影響，不過(guò)影響略小些而已。有影響，不過(guò)影響略小些而已。這個(gè)臨界尺寸大致在這個(gè)臨界尺寸大致在80m80m左右，左右，與材料成分、性能、預(yù)冷加工、與材料成分、性能、預(yù)冷加工、速度與載荷等有關(guān)。速度與載荷等有關(guān)。磨粒形狀和大小綜合作用磨粒形狀和大小綜合作用 磨

49、粒大小和形狀對(duì)磨損有綜合作用?？死w爾磨粒大小和形狀對(duì)磨損有綜合作用?？死w爾斯基粗略估計(jì)半球形磨粒尺寸在斯基粗略估計(jì)半球形磨粒尺寸在1m以下，只會(huì)產(chǎn)以下，只會(huì)產(chǎn)生彈性變形，成為磨損極微的滑動(dòng)磨損。也有認(rèn)為生彈性變形，成為磨損極微的滑動(dòng)磨損。也有認(rèn)為只要將潤(rùn)滑油中只要將潤(rùn)滑油中0.1m以上的磨粒濾掉，即可防止以上的磨粒濾掉，即可防止磨料磨損。磨料磨損。 磨粒大小和形狀可使磨損由滑動(dòng)磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槟ツチ４笮『托螤羁墒鼓p由滑動(dòng)磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槟チ夏p，也可以從彈性變形轉(zhuǎn)變到塑性變形以致于料磨損，也可以從彈性變形轉(zhuǎn)變到塑性變形以致于切削。切削。所以磨粒的尺寸、形狀和位向?qū)δチ夏p有所以磨粒的尺寸、形狀和位向

50、對(duì)磨料磨損有很大的影響很大的影響，因?yàn)樗鼈冇绊懙綇膹椥越佑|到塑性接，因?yàn)樗鼈冇绊懙綇膹椥越佑|到塑性接觸的載荷和應(yīng)力，以及引起臨界斷裂壓痕尺寸與溝觸的載荷和應(yīng)力，以及引起臨界斷裂壓痕尺寸與溝糟尺寸的變化。糟尺寸的變化。磨粒硬度磨粒硬度 當(dāng)磨料硬度低于試件硬當(dāng)磨料硬度低于試件硬度度, 即即H0 (0.71)H不產(chǎn)生不產(chǎn)生磨料磨損或產(chǎn)生輕微磨損。磨料磨損或產(chǎn)生輕微磨損。 當(dāng)磨料硬度超過(guò)試件硬度后，當(dāng)磨料硬度超過(guò)試件硬度后，磨損量隨磨料硬度而增加。磨損量隨磨料硬度而增加。 若磨料硬度很高將產(chǎn)生嚴(yán)重若磨料硬度很高將產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，此時(shí)磨損量不再隨磨料硬度而變化。磨損，此時(shí)磨損量不再隨磨料硬度而變化。 為了

51、避免磨料磨損，材料硬度應(yīng)高于磨料硬度，一般當(dāng)為了避免磨料磨損，材料硬度應(yīng)高于磨料硬度，一般當(dāng) H 1.3 H0 時(shí)只發(fā)生輕微的時(shí)只發(fā)生輕微的 磨料磨損。磨料磨損。6 影響磨粒磨損的因素：影響磨粒磨損的因素： 影響磨料磨損的因素可分為影響磨料磨損的因素可分為外部因素外部因素與與內(nèi)部因素內(nèi)部因素。外部。外部因素即磨損時(shí)的工作條件，包括載荷、速度、溫度、相對(duì)運(yùn)因素即磨損時(shí)的工作條件，包括載荷、速度、溫度、相對(duì)運(yùn)動(dòng)及受力狀態(tài)、磨料、介質(zhì)與環(huán)境因素等；內(nèi)部條件包括受動(dòng)及受力狀態(tài)、磨料、介質(zhì)與環(huán)境因素等；內(nèi)部條件包括受磨材料的化學(xué)成分、組織相機(jī)械性能等。磨料是影響磨損的磨材料的化學(xué)成分、組織相機(jī)械性能等。

52、磨料是影響磨損的重要外部因素，前面已討論過(guò)，其它因素分析如下：重要外部因素，前面已討論過(guò)，其它因素分析如下：（1）載荷的影響：）載荷的影響： 根據(jù)磨料磨損的簡(jiǎn)單模型可知，根據(jù)磨料磨損的簡(jiǎn)單模型可知，磨損量與載荷磨損量與載荷成正比成正比。但這種線性關(guān)系一般都有一臨界值，到達(dá)。但這種線性關(guān)系一般都有一臨界值，到達(dá)此極限載荷，線性關(guān)系開始破壞。其原因是多種多此極限載荷，線性關(guān)系開始破壞。其原因是多種多樣的，主要的如樣的，主要的如磨粒被壓碎磨粒被壓碎，砂紙破裂砂紙破裂，相互作用相互作用表面的摩擦熱使溫度升高發(fā)生一系列的組織和性能表面的摩擦熱使溫度升高發(fā)生一系列的組織和性能變化，材料表面加工硬化，磨粒受

53、摩擦熱的影響而變化，材料表面加工硬化，磨粒受摩擦熱的影響而變質(zhì)以及三體磨料磨損時(shí)磨料對(duì)表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)變質(zhì)以及三體磨料磨損時(shí)磨料對(duì)表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化等生變化等，都能引起磨損量改變，破壞磨損量與載，都能引起磨損量改變，破壞磨損量與載荷的線性關(guān)系。荷的線性關(guān)系?；瑒?dòng)距離滑動(dòng)距離 若磨粒在滑動(dòng)過(guò)程中條件不變，如磨粒不變圓鈍或碎裂，若磨粒在滑動(dòng)過(guò)程中條件不變，如磨粒不變圓鈍或碎裂，則磨損量與滑動(dòng)距離一般成正比，否則磨損量將有改變。則磨損量與滑動(dòng)距離一般成正比，否則磨損量將有改變。 磨損條件和環(huán)境的改變會(huì)使滑動(dòng)速度對(duì)磨損的影響產(chǎn)生磨損條件和環(huán)境的改變會(huì)使滑動(dòng)速度對(duì)磨損的影響產(chǎn)生不同的結(jié)果。不同的結(jié)果

54、。當(dāng)速度較小時(shí)當(dāng)速度較小時(shí)，磨損率隨速度的增高而有下降，磨損率隨速度的增高而有下降的趨勢(shì)，以后又逐漸升高，到達(dá)一定速度后趨于常數(shù)。的趨勢(shì)，以后又逐漸升高，到達(dá)一定速度后趨于常數(shù)。鮑登鮑登和泰伯和泰伯發(fā)現(xiàn)，金屬表面由于摩擦所引起的溫升將隨著摩擦速發(fā)現(xiàn)，金屬表面由于摩擦所引起的溫升將隨著摩擦速度增高而增高，及至到達(dá)金屬的熔點(diǎn)，此時(shí)，就與速度無(wú)關(guān)度增高而增高，及至到達(dá)金屬的熔點(diǎn)，此時(shí)，就與速度無(wú)關(guān)了。因此磨損的增加可能是溫度增高所致。磨料磨損時(shí)金屬了。因此磨損的增加可能是溫度增高所致。磨料磨損時(shí)金屬表面熱量的增加率，大顆粒磨料比小顆粒的要大。在低速時(shí)，表面熱量的增加率，大顆粒磨料比小顆粒的要大。在低

55、速時(shí)，速度對(duì)磨損的影響并不重要，而高速時(shí)，特別在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度對(duì)磨損的影響并不重要，而高速時(shí)，特別在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度對(duì)磨損的影響實(shí)際上是溫度對(duì)磨損的影響，若此時(shí)將載速度對(duì)磨損的影響實(shí)際上是溫度對(duì)磨損的影響，若此時(shí)將載荷減小，這種影響將會(huì)降低。荷減小，這種影響將會(huì)降低。熱和溫度熱和溫度 摩擦?xí)r，載荷和速度對(duì)磨損的影響，實(shí)際上是由于熱和溫摩擦?xí)r，載荷和速度對(duì)磨損的影響，實(shí)際上是由于熱和溫度的影響所致。特別在高溫時(shí)，熱能引起材料表面的氧化、度的影響所致。特別在高溫時(shí)，熱能引起材料表面的氧化、軟化、硬化甚至于熔化，這樣就使表面的磨損變得復(fù)雜了。軟化、硬化甚至于熔化，這樣就使表面的磨損變得復(fù)雜了。腐蝕

56、環(huán)境和水蒸汽腐蝕環(huán)境和水蒸汽 存在有存在有酸性液體介質(zhì)酸性液體介質(zhì)的作用，其的作用，其pHpH值在值在2.52.54 4范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，對(duì)零件有磨損和腐蝕的雙重作用，使磨損量增加。對(duì)零件有磨損和腐蝕的雙重作用，使磨損量增加。水汽水汽的存的存在，也足以使磨損加速，三體磨料磨損時(shí)，在大于通常濕度在，也足以使磨損加速，三體磨料磨損時(shí)，在大于通常濕度下，特別是絕對(duì)濕度大于下，特別是絕對(duì)濕度大于1010以上時(shí)，磨損率隨濕度的增長(zhǎng)以上時(shí)，磨損率隨濕度的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)甚速。在小于而增長(zhǎng)甚速。在小于1010時(shí)則影響不大。兩體磨料磨損時(shí)，時(shí)則影響不大。兩體磨料磨損時(shí)，相對(duì)濕度從相對(duì)濕度從0 06565變化時(shí)，磨損率

57、都隨著增加。磨損率的變變化時(shí)，磨損率都隨著增加。磨損率的變化和磨料由于濕氣而容易碎裂成較多較尖銳的小磨粒，腐蝕化和磨料由于濕氣而容易碎裂成較多較尖銳的小磨粒，腐蝕化學(xué)膜的作用，磨粒衰退以及載荷、作用時(shí)間等有關(guān)，是比化學(xué)膜的作用，磨粒衰退以及載荷、作用時(shí)間等有關(guān)，是比較復(fù)雜的問(wèn)題。較復(fù)雜的問(wèn)題。材料的內(nèi)部因素材料的內(nèi)部因素 材料內(nèi)部因素包括材料的成分、微觀組織特征及材料內(nèi)部因素包括材料的成分、微觀組織特征及機(jī)械性能等。三者互有聯(lián)系，互有影響。金屬材料機(jī)械性能等。三者互有聯(lián)系，互有影響。金屬材料的化學(xué)成分和熱處理狀態(tài)決定了它們的組織。的化學(xué)成分和熱處理狀態(tài)決定了它們的組織。 耐磨性與化學(xué)成分和微觀

58、組織有關(guān)。對(duì)一定成分耐磨性與化學(xué)成分和微觀組織有關(guān)。對(duì)一定成分的材料，它的耐磨性和體性硬度在一定范圍內(nèi)呈線的材料，它的耐磨性和體性硬度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。性關(guān)系。 影響磨料磨損的微觀組織參數(shù)主要有：影響磨料磨損的微觀組織參數(shù)主要有：基體組織、基體組織、第二相、夾雜物、晶界、內(nèi)缺口和各向異性第二相、夾雜物、晶界、內(nèi)缺口和各向異性。 影響磨料磨損的材料性能主要有：硬度、斷裂韌影響磨料磨損的材料性能主要有：硬度、斷裂韌性、彈性模量、真實(shí)切斷抗力和抗拉強(qiáng)度等。性、彈性模量、真實(shí)切斷抗力和抗拉強(qiáng)度等。第四節(jié)第四節(jié) 疲勞磨損疲勞磨損1.定義：定義：摩擦接觸表面在交變接觸壓應(yīng)力的作用下，材料表面因疲勞損

59、傷而摩擦接觸表面在交變接觸壓應(yīng)力的作用下，材料表面因疲勞損傷而引起表面脫落的現(xiàn)象。有兩種基本類型，即宏觀和微觀疲勞磨損。引起表面脫落的現(xiàn)象。有兩種基本類型，即宏觀和微觀疲勞磨損。 接觸疲勞類型接觸疲勞類型v麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落: 是指深度在是指深度在0.1-0.2mm以下的小塊以下的小塊剝落，裂紋一般起源于表面，剝落坑呈針狀剝落，裂紋一般起源于表面，剝落坑呈針狀或痘狀?；蚨粻睢?根據(jù)裂紋起始位置和形態(tài)的差異，分為根據(jù)裂紋起始位置和形態(tài)的差異，分為麻點(diǎn)麻點(diǎn)剝落剝落（點(diǎn)蝕）、點(diǎn)蝕）、淺層剝落淺層剝落、深層剝落深層剝落三種主要三種主要類型。類型。麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落實(shí)物圖 (1) 破壞形式：破壞形式：表面出

60、現(xiàn)深淺不同的斑狀凹坑。凹坑小而表面出現(xiàn)深淺不同的斑狀凹坑。凹坑小而深的，磨屑呈扇形顆粒，稱點(diǎn)蝕深的，磨屑呈扇形顆粒，稱點(diǎn)蝕(Pitting)。凹坑大而淺的，。凹坑大而淺的，磨屑呈片狀，為剝落磨屑呈片狀，為剝落(Spalling)。 (2) 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：由于表面受循環(huán)的接觸應(yīng)力作用，最大剪應(yīng)由于表面受循環(huán)的接觸應(yīng)力作用，最大剪應(yīng)力發(fā)生在表面下一定深度處。當(dāng)該處強(qiáng)度不足或存在缺陷，力發(fā)生在表面下一定深度處。當(dāng)該處強(qiáng)度不足或存在缺陷，則首先發(fā)生塑性變形，經(jīng)應(yīng)力循環(huán)后，產(chǎn)生疲勞裂紋，并則首先發(fā)生塑性變形，經(jīng)應(yīng)力循環(huán)后，產(chǎn)生疲勞裂紋，并沿最大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展到表面，最終導(dǎo)致表面材料脫落。沿最大剪應(yīng)