摩擦磨損試驗(yàn)

1、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ聊p實(shí)驗(yàn) 1 摩擦磨損試驗(yàn)的目的及內(nèi)容 材料性能評(píng)定 滑劑性能評(píng)定 摩擦磨損機(jī)理分析 進(jìn)行基礎(chǔ)研究 2 影響摩擦磨損的因素 溫度 載荷 速度 接觸幾何條件 環(huán)境氣氛 表面性質(zhì) 運(yùn)動(dòng)形式 潤(rùn)滑狀態(tài) 3 摩擦磨損測(cè)量參數(shù) 3.1 摩擦參數(shù) 摩擦力 摩擦力矩 摩擦系數(shù) 3.2 磨損量參數(shù) 3.2.1直接參數(shù) 線(xiàn)性磨損量 - 長(zhǎng)度變化 面積磨損量 - 面積變化 體積磨損量 - 體積變化 質(zhì)量磨損量 - 質(zhì)量變化 3.2.2相關(guān)參數(shù) 利用磨損量的倒數(shù)來(lái)表示摩擦副的耐磨性 磨損速度 磨損量與摩擦路程的比值 3.2.3間接參數(shù) 使用壽命 3.3 摩擦溫升 （ 體積溫升 閃溫） 3.4 摩擦振

2、動(dòng)及躁聲 3.1 摩擦測(cè)量摩擦力及摩擦系數(shù) 摩擦系數(shù)大小是表示摩擦材料系統(tǒng)系統(tǒng)特性的主要參數(shù)之一。摩擦系數(shù)分為靜摩擦系數(shù)fs 和動(dòng)摩擦系數(shù)fk（一般不注明“k”字）。在給出某種材料的摩擦系數(shù)時(shí)，必須注明該數(shù)值的試驗(yàn)條件和所用的測(cè)試設(shè)備，因?yàn)椴煌脑囼?yàn)條件和不同測(cè)試設(shè)備所測(cè)定的摩擦系數(shù)大小是不一樣的。 靜摩擦系數(shù)測(cè)量一 傾斜法：把被測(cè)物體放在對(duì)偶材料的斜面上，如圖所示，逐漸增大斜面的傾斜角，當(dāng)被測(cè)物體開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，其斜面的傾斜角即為摩擦角。根據(jù)下面公式計(jì)算出靜摩擦系數(shù)fs：Pfs=tg 靜摩擦系數(shù)測(cè)量二 牽引法：把重量為N的被測(cè)物體放在對(duì)偶材料的平面上，如圖所示，用砝碼牽引，逐漸增加砝碼被測(cè)物體開(kāi)

3、始滑動(dòng)時(shí)，此時(shí)所加砝碼重量P就是最大的靜摩擦力F。根據(jù)下面公式計(jì)算出摩擦系數(shù)fs：考慮到滑輪系統(tǒng)的摩擦力對(duì)測(cè)量精度有一定的影響，測(cè)量前應(yīng)首先對(duì)滑輪系進(jìn)行標(biāo)定。 PNfs=P/N動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)定方法動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)定系用間接測(cè)量方法。根據(jù)動(dòng)摩擦系數(shù)公式 fk=F/P ， 通過(guò)測(cè)出摩擦力F或摩擦力矩M和正壓力P，便可計(jì)算出摩擦系數(shù)。常用的測(cè)量摩擦力或摩擦力矩的方法有機(jī)械法和電測(cè)法。l 機(jī)械法：有杠桿法和彈簧法兩種。杠桿法就是用杠桿加砝碼來(lái)平衡摩擦過(guò)程中所產(chǎn)生的摩擦力矩，根據(jù)杠桿原理來(lái)計(jì)算出摩擦力或摩擦力矩。彈簧法是用彈簧直接或間接地拉住摩擦副一方，然后根據(jù)彈簧的彈性變形力求出摩擦力。l 電測(cè)法：把壓

4、力傳感器附加在測(cè)力元件上，將摩擦力或摩擦力矩轉(zhuǎn)換成電量（電訊號(hào)），輸入到測(cè)量和記錄儀上，自動(dòng)記錄下摩擦過(guò)程中摩擦系數(shù)的變化。目前測(cè)定動(dòng)摩擦系數(shù)大多采用此法。 3.2 磨損量參數(shù)3磨損量是評(píng)定摩擦材料的耐磨性，控制產(chǎn)品質(zhì)量和研究摩擦磨損機(jī)理的一個(gè)重要指標(biāo)。4磨損量測(cè)量方法有兩類(lèi)，即間接測(cè)法和直接測(cè)定法。5間接測(cè)定法只能確定各個(gè)摩擦表面磨損量的總值，而不能確定磨損量在摩擦表面的分布情況和由于磨損造成的零件尺寸的變化。6直接測(cè)定法是專(zhuān)門(mén)測(cè)定某一工作表面的磨損量的方法，它能測(cè)出摩擦表面尺寸的變化和磨損量在摩擦表面的分布情況。各類(lèi)方法都有自己的特點(diǎn)，不能互相代替而只能互相補(bǔ)充。 3.2 磨損量參數(shù) 3.

5、2.1直接參數(shù) 線(xiàn)性磨損量 - 長(zhǎng)度變化 面積磨損量 - 面積變化 體積磨損量 - 體積變化 質(zhì)量磨損量 - 質(zhì)量變化 3.2.2相關(guān)參數(shù) 利用磨損量的倒數(shù)來(lái)表示摩擦副的耐磨性 磨損速度 磨損量與摩擦路程的比值 3.2.3間接參數(shù) 使用壽命 3.3 摩擦溫升 （ 體積溫升 閃溫） 3.4 摩擦振動(dòng)及躁聲 3.5 磨損測(cè)量l 測(cè)長(zhǎng)法 測(cè)長(zhǎng)法是根據(jù)摩擦表面法向尺寸在試驗(yàn)前后的變化來(lái)確定磨損量，常用測(cè)量長(zhǎng)度儀器如千分尺、千分表、測(cè)長(zhǎng)儀、萬(wàn)能工具顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡等。為了便于測(cè)量，往往在摩擦表面上人為作出測(cè)量基準(zhǔn)，然后以此測(cè)量基準(zhǔn)來(lái)量度摩擦表面的尺寸。測(cè)量基準(zhǔn)根據(jù)試件形狀和尺寸，在不影響試驗(yàn)結(jié)果的條件

6、下設(shè)置，其形式有：1)臺(tái)階式：在摩擦表面邊緣上專(zhuān)門(mén)加工一個(gè)臺(tái)階表面作為測(cè)量基準(zhǔn)。2)切槽式；在摩擦表面上專(zhuān)門(mén)加工一條凹槽作為測(cè)量基準(zhǔn)。3)壓印式：利用硬度計(jì)壓頭，在試樣表面上壓下凹痕，測(cè)量壓痕尺 寸在試驗(yàn)前后變化計(jì)算磨損量。切槽式和壓印式測(cè)定摩擦表面局部磨損較為方便，也有利于測(cè)量摩擦表面的磨損分布情況，但由于要局部破壞試件的表層，對(duì)研究摩擦磨損過(guò)程中表層組織結(jié)構(gòu)變化不利，而且只適用于測(cè)定試件表面光潔度較高，磨損量又不大等情況。 3.5 磨損測(cè)量l 測(cè)重法零件在試驗(yàn)或使用過(guò)程中，由于磨損的結(jié)果都會(huì)發(fā)生重量和尺寸的變化，稱(chēng)重法就是根據(jù)試樣在試驗(yàn)前后的重量變化，用精密分析天平稱(chēng)量來(lái)確定磨損量。按照稱(chēng)

7、重精度選用天平精度，一般常用萬(wàn)分之一克。這種方法簡(jiǎn)單，采用最普遍。若試樣在摩擦過(guò)程中其摩擦表層產(chǎn)生了較大的塑性變形時(shí)，試樣尺寸雖然變化了，但是重量損失不大，則測(cè)量磨損量誤差增大，就不能采用此法。它適用于小試件和在摩擦過(guò)程中不發(fā)生較大塑性變形的材料。 3.5 磨損測(cè)量l 金相分析法觀察摩擦表面在磨損前后的金相顯微組織的變化，分析其變化規(guī)律來(lái)判斷磨損程度?？刹捎秒娮语@微鏡和光學(xué)顯微鏡來(lái)觀測(cè)，這種方法特別適宜研究腐蝕磨損和疲勞磨損。 3.5 磨損測(cè)量l 潤(rùn)滑油分析法分析潤(rùn)滑油中含鐵量法當(dāng)摩擦表面不斷地供給潤(rùn)滑油時(shí)，磨損產(chǎn)物便被潤(rùn)滑油帶走，并懸浮于潤(rùn)滑油中。顯然潤(rùn)滑油的含鐵量與零件的磨損程度有關(guān)。若能

8、確定潤(rùn)滑油中的含鐵量，即可估計(jì)零件的磨損程度。首先從潤(rùn)滑油中提取試樣，將取出的潤(rùn)滑油燒成灰燼再進(jìn)行化學(xué)分析或光譜分析，以確定試樣中的含鐵量。在不同的間隔時(shí)間所取試樣的含鐵量差值，即表示零件的磨損率。分析潤(rùn)滑油中含鐵量的方法，僅能確定零件的磨損率，而不能確定零件的絕對(duì)磨損量，也不能確定零件磨損的分配情況。但此法對(duì)于進(jìn)行對(duì)比性試驗(yàn)是很有利的。在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)，常用此法來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)主要零件的磨損率，以及某些因素對(duì)零件磨損的影響。 3.5 磨損測(cè)量 磨損微粒分析對(duì)磨損產(chǎn)物微粒的成分和形態(tài)的分析，不僅是研究磨損機(jī)理的主要方法之一，而且是工程上磨損預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)的重要手段。 光譜分析 鐵譜分析法 3.5 磨損測(cè)

9、量光譜分析法 - 應(yīng)用光譜學(xué)原理來(lái)確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。一般條件下，物質(zhì)的原子是處于穩(wěn)定狀態(tài)，若用光子能量來(lái)激發(fā)物質(zhì)的原子，使其原子得到一定的能量，從基體躍到較高的能級(jí)，由于激發(fā)的原子是不穩(wěn)定的，在108秒內(nèi)便要向基態(tài)轉(zhuǎn)化而躍到較低的能級(jí)，多余的能量則以光的形式釋放出來(lái)而產(chǎn)生光譜。光譜分析法就是利用物質(zhì)原子在一定條件下能發(fā)射具有特征的光譜的這一特性進(jìn)行的。因?yàn)槊糠N元素都有各自的特征光譜線(xiàn)，這樣測(cè)定其物質(zhì)所發(fā)射的光譜，便能定性地確定其中所含的化學(xué)成分。因?yàn)槊糠N元素所發(fā)射特征光譜線(xiàn)的強(qiáng)度，都與它在物質(zhì)中的含量有關(guān)，所以可通過(guò)對(duì)光譜強(qiáng)度的比較，確定物質(zhì)中各元素含量的多少。光譜分析法具有極高的靈敏

10、度和準(zhǔn)確度，且分析速度快，能對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)器零件的磨損狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)報(bào)機(jī)械設(shè)備的磨損狀態(tài)。用光譜分析時(shí)，一般從機(jī)器設(shè)備中抽出帶有磨損磨粒的潤(rùn)滑油，分析其磨損磨粒的金屬種類(lèi)及其含量的變化，從而了解其磨損情況。 3.5 磨損測(cè)量光譜分析有原子發(fā)射光譜分析法和原子吸收光譜分析法兩種。（原子發(fā)射光譜（AES）分析法磨損磨粒在高溫狀態(tài)用帶電粒子撞（一般用電火花），使發(fā)射出代表各元素特征的各種波長(zhǎng)的輻射線(xiàn)，并采用一個(gè)適當(dāng)?shù)姆止鈨x分離出所要求的輻射線(xiàn)，通過(guò)把所測(cè)的輻射線(xiàn)與事先準(zhǔn)備的校準(zhǔn)器相比較來(lái)確定磨損磨粒的種類(lèi)和含量。（原子吸收光譜（AAS）分析法采用具有波長(zhǎng)連續(xù)分布的光透過(guò)磨損磨粒，某些波長(zhǎng)的光被磨粒吸

11、收而形成吸收光譜。在一般情況下，物質(zhì)吸收光譜的波長(zhǎng)與該物質(zhì)發(fā)射光譜波長(zhǎng)相等，同樣可以確定金屬的種類(lèi)和含量。因?yàn)榘l(fā)射光譜一般必須在高溫下獲得，而高溫下的分子或晶體往往易于分解，因此原子吸收光譜分析法還適宜用于研究金屬的結(jié)構(gòu)。3.5 磨損測(cè)量 鐵譜分析法 鐵譜分析是一種從潤(rùn)滑油試樣中分離和分析磨損微粒和碎片的技術(shù)。它借助于各種光學(xué)或電子顯微鏡等檢測(cè)和分析，方便地確定磨損微?；蛩槠男螤睢⒊叽?、數(shù)量以及材料成分，從而判別零件表面磨損類(lèi)型和程度（ 采用鐵譜儀分離磨損微粒制成鐵譜片。鐵譜儀由三部分組成，即：抽取潤(rùn)滑劑試樣的泵；使磨損微粒磁化沉積的強(qiáng)磁鐵；形成鐵譜的透明底片。潤(rùn)滑劑試樣沿傾斜的底片向下流時(shí)

12、，受到一連續(xù)不斷增高的磁場(chǎng)力的作用，磨損微粒就被磁化。磁性引力與微粒的體積成正比。因此大微粒首先沉積，而細(xì)微粒則跟著在較遠(yuǎn)距離沉積，即大微粒在入口端沉積，細(xì)微粒在后端沉積，沿著斜面不斷增高的磁場(chǎng)力的作用下，對(duì)于足夠磁性的材料，在60毫米長(zhǎng)的底片上的沉積率達(dá)100，這樣，最后使微粒按照其大小次序全部均勻地沉積在底片上。通常抽取約2毫升的試樣在底片上，用清洗液沖洗底片上殘余油液，最后用固定液使微粒牢固地貼附在底片上便制成鐵譜片，以便觀察和檢測(cè)。3.5 磨損測(cè)量 通過(guò)檢測(cè)和分析鐵譜片, 判斷磨損變化程度, 兩個(gè)特征量磨損微粒量 Iq=AL+A它表示不同時(shí)間磨損微粒量的變化，稱(chēng)為磨損定量指數(shù)。當(dāng)嚴(yán)重磨

13、損開(kāi)始時(shí)，其數(shù)值急劇增大。大小微粒量之差 ISALAS它表示不同時(shí)間磨損微粒尺寸比例的相對(duì)變化。其數(shù)值越大則磨損越惡化，故稱(chēng)為磨損嚴(yán)重性指數(shù)。綜合上述兩方面的影響因素，對(duì)于整個(gè)磨損情況可得出磨損度指數(shù)方程如下： IA=IqIS=(AL+AS)(AL-AS)IA稱(chēng)為磨損度指數(shù)；Iq稱(chēng)為磨損定量指數(shù)；IS稱(chēng)為磨損嚴(yán)重性指數(shù)。 根據(jù)磨損度指數(shù)方程的磨損度指數(shù)IA，可以判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。3.5 磨損測(cè)量 用鐵譜顯微鏡檢測(cè)分析鐵譜顯微鏡（Ferroscope）又稱(chēng)雙色顯微鏡，它由帶鐵譜讀數(shù)器的雙色顯微鏡組成。它不單用來(lái)研究微粒，而且可鑒別材料成分，從而確定磨粒的來(lái)源，即判斷磨損零件及其具體部位。確定

14、磨損狀態(tài)的原理與上述相同，這里只介紹鑒別材料成分。沉積在鐵譜片上的磨損微粒，除有金屬微粒外，還有由于氧化或腐蝕產(chǎn)生的化合物微粒。金屬磨損微粒是非透明的，而化合物微料通常是透明或半透明的，因而要用雙色顯微鏡檢測(cè)。雙色顯微鏡利用一組綠色透射光和一組紅色反射光同時(shí)照射到微粒上，不同成分的微粒將呈現(xiàn)出不同的顏色。根據(jù)顏色和形狀就可以確定磨粒的成分，判斷出磨損的具體部位，以便研究磨損機(jī)理。33.5 磨損測(cè)量 用掃描電鏡檢測(cè)分析 觀察微小的單個(gè)磨損微粒形態(tài)和構(gòu)造的細(xì)節(jié)，清晰地顯出和區(qū)分出片、螺旋狀、卷狀、曲線(xiàn)狀、球狀和鱗狀等各種形態(tài)的磨粒。根據(jù)磨粒形貌特征，可確定相應(yīng)階段所發(fā)生的磨損類(lèi)型。正常摩擦磨損的微

15、粒，一般呈小片狀。切削和磨料磨損的微粒，一般呈螺旋狀、卷狀和曲線(xiàn)狀；這種微粒的集中出現(xiàn)是嚴(yán)重磨損過(guò)程的表現(xiàn)，若其數(shù)目急劇增多，則表明機(jī)器損壞即將開(kāi)始。高應(yīng)力引起的表面疲勞磨損的微粒，一般呈鱗狀，其形態(tài)在三個(gè)垂直方向上的尺寸接近相等。氧化磨損（化學(xué)磨損或腐蝕）的微粒，一般呈球狀。3.5 磨損測(cè)量 用鐵譜片加熱法檢測(cè)分析對(duì)鐵譜片進(jìn)行加熱處理，根據(jù)其回火顏色，可鑒別出各種磨粒的材料和成分。 對(duì)于銅合金，由于它們特有的黃色和青銅色，不需加熱便可識(shí)別； 對(duì)于如銀、鎘、鉻、鋁、鎂、鈦、鋅等非鐵磁性材料，加熱后其回火顏色沒(méi)有變化； 對(duì)于鑄鐵、鎳、奧氏體不銹鋼等磁性材料，加熱到不同溫度，其回火后的顏色有所不同

16、。這種鐵譜片加熱法檢測(cè)磨粒材料和成分是一種比較可行和有用的方法。3.5 磨損測(cè)量 對(duì)于磨損磨粒的分析，鐵譜和光譜分析各有所長(zhǎng)。 鐵譜能將磨損磨粒按尺寸列出，并反映出顆粒的形狀、磨損的性質(zhì)，但是進(jìn)一步定性定量分析有困難。 光譜能夠區(qū)別磨損微粒的元素，并能進(jìn)行定量分析，但對(duì)于大于2微米的微粒即失去檢測(cè)效能，而很多機(jī)械的失效，磨損磨粒往往大于2微米。 因此，對(duì)磨損磨粒的分析，聯(lián)合使用鐵譜和光譜可以相互補(bǔ)充，達(dá)到比較完美的檢測(cè)效果.3.5 磨損測(cè)量 l 放射性同位素法先將試件進(jìn)行放射性同位素活化，使其是具有放射性，然后進(jìn)行摩擦試驗(yàn)，根據(jù)磨屑的放射性計(jì)算或活化件放射性強(qiáng)度下降量或活化件金屬轉(zhuǎn)移量，換算出

17、相應(yīng)的磨損量。這種方法測(cè)量精度很高，達(dá)到105106克，而且可以在不停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)和不拆卸機(jī)器的情況下，確定零件的磨損或單獨(dú)測(cè)定個(gè)別零件的磨損，以及自動(dòng)記錄零件磨損量的變化，隨時(shí)得到磨損的測(cè)量結(jié)果。這些優(yōu)點(diǎn)使它越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域中研究機(jī)器的磨損問(wèn)題。3.5 磨損測(cè)量l 表面形貌分析法 通過(guò)分析和測(cè)量磨損前后表面形貌的變化來(lái)分析磨損狀態(tài). 4 摩擦磨損基本類(lèi)型 粘著、疲勞、磨粒、腐蝕、沖蝕、 微動(dòng)、復(fù)合磨損等 點(diǎn)、線(xiàn)、面接觸 滑動(dòng)、滾動(dòng)、往復(fù)、旋轉(zhuǎn)、復(fù)合運(yùn)動(dòng)等 常規(guī)、高速、高溫、真空、低溫等 5 常用的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)方法 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn) 模擬臺(tái)架試驗(yàn) 實(shí)際試驗(yàn)5 常用的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)方法 標(biāo)

18、準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn) 試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)是把所需研究的摩擦件制成尺寸較小的試樣，在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。它的試驗(yàn)條件選擇范圍較寬，影響因素容易控制。這類(lèi)試驗(yàn)費(fèi)用低，周期短，在短時(shí)間內(nèi)可以進(jìn)行較多參數(shù)和較多次數(shù)的試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性較好，對(duì)比性較強(qiáng)，易于發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性，一般多作為研究性試驗(yàn)。研究不同摩擦副的摩擦磨損的機(jī)理及其影響因素的規(guī)律。也可以作為評(píng)定某種材料的摩擦磨損性能的試驗(yàn)。5 常用的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)方法 模擬臺(tái)架試驗(yàn) 臺(tái)架試驗(yàn)是在相應(yīng)的專(zhuān)門(mén)臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。它在試樣試驗(yàn)基礎(chǔ)上，優(yōu)選出能基本滿(mǎn)足摩擦、磨損性能要求的材料，制成與實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸相似的摩擦件并模擬實(shí)際使用條件進(jìn)行試驗(yàn)。其目的在于選擇摩擦副的合理結(jié)構(gòu)，校驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和在模擬實(shí)際工況條件下摩擦件的可靠性。臺(tái)架試驗(yàn)相對(duì)于試樣試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，更接近于實(shí)際使用條件，從而提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，相對(duì)于使用試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，較易控制試驗(yàn)條件，還可強(qiáng)化實(shí)際使用條件，縮短試驗(yàn)周期，減少試驗(yàn)費(fèi)用。5 常用的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)際試驗(yàn)這種試驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性較好，是摩擦磨損試驗(yàn)最終不可缺少的。但是它需要較多的人力物力，需要特殊的測(cè)量?jī)x器，費(fèi)用較高，周期長(zhǎng)，而且試驗(yàn)結(jié)果由于受到因素的綜合影響，不易進(jìn)行單因素的考察，不易分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因。如果不進(jìn)行前