三、磨粒磨損

1、磨粒磨損示意圖磨粒磨損示意圖三、磨粒磨損 磨粒磨損又稱磨料磨損或研磨磨損。磨粒磨損又稱磨料磨損或研磨磨損。是摩擦副的一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微是摩擦副的一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微凸起或在接觸面間存在硬質(zhì)粒子凸起或在接觸面間存在硬質(zhì)粒子(從外從外界進(jìn)入或從表面剝落界進(jìn)入或從表面剝落)時(shí)產(chǎn)生的磨損。時(shí)產(chǎn)生的磨損。前者稱兩體磨粒磨損前者稱兩體磨粒磨損,如銼削過程；后如銼削過程；后者稱三體磨粒磨損者稱三體磨粒磨損,如拋光過程。依據(jù)如拋光過程。依據(jù)磨粒受的應(yīng)力大小磨粒受的應(yīng)力大小,磨粒磨損可分為鑿磨粒磨損可分為鑿削式削式,高應(yīng)力碾碎式高應(yīng)力碾碎式,低應(yīng)力擦傷式低應(yīng)力擦傷式3類。類。磨粒磨損的主要特征磨粒磨損的主

2、要特征磨粒磨損的主要特征是摩擦面上有擦傷或因明磨粒磨損的主要特征是摩擦面上有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽。顯犁皺形成的溝槽。磨粒磨損表面微觀典型形貌磨粒磨損表面微觀典型形貌磨粒磨損機(jī)理磨粒磨損機(jī)理 法向力形成壓痕法向力形成壓痕, ,切向力推動(dòng)磨粒向前進(jìn)。切向力推動(dòng)磨粒向前進(jìn)。 磨粒形狀與位向適當(dāng)時(shí)磨粒形狀與位向適當(dāng)時(shí), , 磨粒似刀具切削表面磨粒似刀具切削表面, ,切痕長(zhǎng)而淺。切痕長(zhǎng)而淺。 當(dāng)磨粒較圓鈍或材料表面塑性較高時(shí)當(dāng)磨粒較圓鈍或材料表面塑性較高時(shí), ,磨?；チ；^后僅犁出溝槽過后僅犁出溝槽, ,兩側(cè)材料沿溝槽兩側(cè)堆積兩側(cè)材料沿溝槽兩側(cè)堆積, , 隨后隨后的摩擦又會(huì)將堆積的部分壓平的摩擦

3、又會(huì)將堆積的部分壓平, ,如此反復(fù)地塑性變?nèi)绱朔磸?fù)地塑性變形形, ,堆積堆積, ,壓平壓平, ,便導(dǎo)致裂紋形成并引起剝落。便導(dǎo)致裂紋形成并引起剝落。 對(duì)碾碎性磨粒磨損對(duì)碾碎性磨粒磨損, , 磨粒對(duì)摩擦表面的作用主磨粒對(duì)摩擦表面的作用主要是使材料表面產(chǎn)生應(yīng)力集中要是使材料表面產(chǎn)生應(yīng)力集中, ,韌性材料反復(fù)塑性韌性材料反復(fù)塑性變形變形, ,導(dǎo)致疲勞破壞及脆性材料表面產(chǎn)生脆斷。導(dǎo)致疲勞破壞及脆性材料表面產(chǎn)生脆斷。磨粒磨損過程中存在塑性變形和斷裂兩種去除機(jī)理。當(dāng)磨粒與塑性材料表面接觸時(shí)，主要發(fā)生顯微切削、顯微犁溝兩種塑性變形的磨損方式。當(dāng)磨粒和脆性材料表面(如玻璃、陶瓷和碳化物等)接觸時(shí)，主要以表面斷

4、裂破壞為主。 磨粒磨損過程中材料的去除機(jī)理磨粒磨損過程中材料的去除機(jī)理 塑性變形和斷裂兩種方式塑性變形和斷裂兩種方式切削作用的磨粒磨損模型切削作用的磨粒磨損模型(塑性變形塑性變形)磨粒磨損的估算磨粒磨損的估算(塑性變形塑性變形)223rHrPsc被切削下來的軟材料體積，即為磨損量被切削下來的軟材料體積，即為磨損量W，可表示為，可表示為:tantan2212LrLrrW將式將式r2代入上式得，可表示為代入上式得，可表示為:HPLKPLWsctan3tanK為系數(shù)。可見磨粒磨損量為系數(shù)?？梢娔チＤp量w與接觸壓力與接觸壓力P,滑動(dòng)距離滑動(dòng)距離L成正比成正比,與與材料硬度材料硬度H成反比成反比,與硬

5、材料凸出部份或磨粒形狀與硬材料凸出部份或磨粒形狀 有關(guān)。有關(guān)。 斷裂方式： V=KP5/4d1/2KIC-3/4H-1/2L KIC：斷裂韌性磨粒磨損的估算磨粒磨損的估算(斷裂方式斷裂方式)2. 磨粒磨損過程的影響因素 (1)磨粒特性的影響 磨粒的硬度、形狀和粒度對(duì)材料的磨損過程均有影響。硬度Ha/Hm1.2 硬磨粒磨損；1Ha/Hm1.2 線性磨損b. 形狀和粒度(2)材料力學(xué)性能與微觀組織的影響 材料耐磨粒磨損性能主要決定于其硬度，尤其是磨損后材料的表面硬度，而與其它力學(xué)性能無必然關(guān)系。 (3)工況和環(huán)境條件的影響 工況與環(huán)境條件的影響因素主要指速度、載荷、磨損距離、磨粒沖擊角，以及環(huán)境濕

6、度、溫度和腐蝕介質(zhì)等。 各種材料的磨粒磨各種材料的磨粒磨損相對(duì)耐磨性損相對(duì)耐磨性四、疲勞磨損四、疲勞磨損 1. 現(xiàn)象與特征現(xiàn)象與特征 接觸疲勞是兩接觸材料作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)接觸疲勞是兩接觸材料作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r摩擦?xí)r, ,交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用使材料表面疲勞交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用使材料表面疲勞損傷損傷, ,局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落, ,而使而使材料磨損的現(xiàn)象材料磨損的現(xiàn)象, , 故又稱表面疲勞磨損或麻點(diǎn)磨故又稱表面疲勞磨損或麻點(diǎn)磨損損, ,是齒輪、滾動(dòng)軸承等工件常見的磨損失效形式。是齒輪、滾動(dòng)軸承等工件常見的磨損失效形式。 接觸疲勞的宏觀形態(tài)特征是

7、接觸疲勞的宏觀形態(tài)特征是: :接觸表面出現(xiàn)許接觸表面出現(xiàn)許多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑( (麻坑麻坑),),有的有的凹坑較深凹坑較深, ,底部有疲底部有疲勞裂紋擴(kuò)展線的痕跡。勞裂紋擴(kuò)展線的痕跡。接觸疲勞的基本類型接觸疲勞的基本類型 根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)的差異，接觸疲勞根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)的差異，接觸疲勞破壞分為三類。破壞分為三類。 麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落( (點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕),),剝落深度剝落深度0.10.1 0.2mm0.2mm，剝塊形，剝塊形狀為不對(duì)稱狀為不對(duì)稱V V型針狀或痘狀凹坑。型針狀或痘狀凹坑。 淺層剝落淺層剝落, ,剝落深度一般為剝落深度一般為

8、0.2mm0.2mm 0.4mm,0.4mm,剝塊剝塊底部大致與表面平行底部大致與表面平行, ,裂紋沿與表面成銳角或直角擴(kuò)裂紋沿與表面成銳角或直角擴(kuò)展。展。 深層剝落深層剝落( (表面壓碎表面壓碎),),剝落深度與表面強(qiáng)化層深剝落深度與表面強(qiáng)化層深相當(dāng)相當(dāng)( (0.4mm),0.4mm),剝落時(shí)裂紋垂直于表面擴(kuò)展。剝落時(shí)裂紋垂直于表面擴(kuò)展。 接觸疲勞也經(jīng)歷了裂紋形成與擴(kuò)展兩階段。裂接觸疲勞也經(jīng)歷了裂紋形成與擴(kuò)展兩階段。裂紋形成過程長(zhǎng)紋形成過程長(zhǎng), ,擴(kuò)展階段僅占總破壞時(shí)間的很小部分。擴(kuò)展階段僅占總破壞時(shí)間的很小部分。2.接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力 兩物體相互接觸時(shí)兩物體相互接觸時(shí), ,在局部表面產(chǎn)生的在

9、局部表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力壓應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力, ,也叫赫茲應(yīng)力。接觸也叫赫茲應(yīng)力。接觸應(yīng)力分為線接觸與點(diǎn)接觸兩類，前者如齒應(yīng)力分為線接觸與點(diǎn)接觸兩類，前者如齒輪的接觸輪的接觸, ,后者如滾珠軸承的接觸。后者如滾珠軸承的接觸。a.線接觸線接觸 兩物體受壓力接觸時(shí)，在對(duì)稱中心(y=0)，距表面深度為0.786b處將產(chǎn)生最大切應(yīng)力tyzyz4545maxmax ，方向與接觸面相交45。兩物體一旦脫離接觸, ,該值即刻降為零。在連續(xù)滾動(dòng)過程中切應(yīng)力交替變化著，為0tyzyz4545maxmax脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力, ,應(yīng)力半幅為1/2tyz45max=0.15zmax。沿接觸深度的最大切應(yīng)力分布沿接觸深度的最大切應(yīng)力分布b.點(diǎn)接觸應(yīng)力點(diǎn)接觸應(yīng)力322max388. 0RPEz 以上討論均為純滾動(dòng)情況,若兩接觸物體既滾動(dòng)又滑動(dòng),切向摩擦力與接觸應(yīng)力共同作用將改變接觸區(qū)的應(yīng)力分布。當(dāng)摩擦系數(shù)m0.2時(shí),最大綜合切應(yīng)力位置移到材料表面,此時(shí)的接觸疲勞裂紋也移到機(jī)件表面產(chǎn)生。3.接觸疲勞的過程接觸疲勞的過程 (1)(1)麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落(2)淺層剝落淺層剝落 (3)深層剝落深層剝落五、 其他磨損 腐蝕磨損 腐蝕速率取決于腐蝕特性和磨損過程。 沖蝕磨損 脆性和延性兩種磨損機(jī)制。六、提高零件耐磨性的途徑工程結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)零件磨損機(jī)理預(yù)測(cè)、分析和耐磨材料的選擇正確選材材料