金屬磨損和接觸疲勞

1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院Xuhai College , China University of Mining & Technology第7章 金屬的磨損金屬的磨損與接觸疲勞7.1 摩擦和磨損的基本概念 摩擦兩個(gè)相互接觸的物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)（或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生切向運(yùn)動(dòng)阻力的現(xiàn)象，該阻力即為摩擦力。磨損由于機(jī)件之間相對(duì)摩擦的結(jié)果，引起摩擦表面逐漸有微小顆粒分離出來(lái)形成磨屑，使接觸表面不斷發(fā)生尺寸變化與重量損失。磨損是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程金屬的磨損與接觸疲勞機(jī)件正常運(yùn)行的磨損過(guò)程一般分為三個(gè)階段（如圖）：1、跑合階段（磨合階段）2、穩(wěn)定磨損階段3、劇烈磨損階段耐磨性材料抵抗磨損的性能

2、 7.1 摩擦和磨損的基本概念 金屬的磨損與接觸疲勞磨粒磨損 磨損的分類(lèi)： 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動(dòng)磨損 磨損類(lèi)型 按磨損機(jī)理分 按磨損表面外觀可分為 點(diǎn)蝕磨損 膠合磨損 擦傷磨損 7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞一、粘著磨損 1、粘著磨損機(jī)理 粘著磨損在滑動(dòng)摩擦條件下，當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小時(shí)發(fā)生的。是由于缺乏潤(rùn)滑油，摩擦副表面無(wú)氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過(guò)實(shí)際接觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度產(chǎn)生的一種磨損可用摩擦機(jī)理來(lái)解釋7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞其過(guò)程：粘著剪斷轉(zhuǎn)移再粘著7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 2、影響粘著磨損的因素

3、及改善措施 材料特性、法向力、滑動(dòng)速度、溫度 (1) 脆性材料的抗粘著磨損能力比塑性材料高。 (2) 速度 (3) 粗糙度 (4) 溫度 (5) 法向力金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 改善措施： (1) 金屬性質(zhì)越是相近的，構(gòu)成摩擦副時(shí)粘著磨損也越嚴(yán)重。 反之，金屬間互溶程度越小，晶體結(jié)構(gòu)不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的金屬，構(gòu)成摩擦副時(shí)粘著磨損就較輕微。 滑動(dòng)軸承就是這樣的例子，選用淬火鋼軸與錫基或鋁基軸瓦配對(duì)。 在受力較小時(shí)，選用金屬與塑料配對(duì)都能減小粘著磨損。金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞 (2) 通過(guò)表面化學(xué)熱處理，如滲硫、硫氮共滲、磷化、

4、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化合物薄膜，或?yàn)榱蚧铮谆?，含氮的化合物，使摩擦系?shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。 (3) 控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓應(yīng)力 此外改善潤(rùn)滑條件，提高表面氧化膜與基體的結(jié)合能力，降低表面粗糙度等也都可以減輕粘著磨損。7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 二、磨粒磨損 1、磨粒磨損機(jī)理 磨粒磨損是當(dāng)摩擦副一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微突起，或者在接觸面之間存在著硬質(zhì)粒子時(shí)所產(chǎn)生的一種磨損。 主要特征：摩擦面上有明顯犁溝 金屬的磨損與接觸疲勞 以磨損接觸物體的表面分類(lèi)，分為兩體磨料磨損和三體磨料磨損。兩體磨損的情況是，磨料與一個(gè)零件表面接觸，磨料為一物體

5、，零件表面為另一物體，如犁鏵。而三體磨損，其磨損料介于兩個(gè)滑動(dòng)零件表面，或者介于兩個(gè)滾動(dòng)物體表面，前者如活塞與汽缸間落人磨料，后者如齒輪間落人磨料。這兩種分類(lèi)法最常用。2、磨粒磨損分類(lèi)7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 2、磨粒磨損分類(lèi) 以力的作用特點(diǎn)來(lái)分： (1)鑿削式磨料磨損 (2)高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損 (3)低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損 金屬的磨損與接觸疲勞(1)鑿削式磨料磨損 其特點(diǎn)是磨料對(duì)材料表面有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機(jī)斗齒及顎式破碎機(jī)的襯板。 7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 (2)高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損 其特點(diǎn)是磨

6、料與零件表面接觸處的最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強(qiáng)度。如生產(chǎn)中球磨機(jī)襯板與磨球，破碎式滾筒的磨損。金屬的磨損與接觸疲勞(3) 低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損 它的特點(diǎn)是磨料作用于零件表面的應(yīng)力不超過(guò)磨料的壓潰強(qiáng)度，材料表面被輕微劃傷。如生產(chǎn)中的犁鏵，及煤礦機(jī)械中的刮板輸送機(jī)溜槽磨損情況。 7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞 此外，從磨粒硬度與被磨材料硬度來(lái)看，若磨粒硬度高于被磨材料的硬度，則屬于硬磨粒磨損；反之，為軟磨料磨損。 磨粒磨損過(guò)程可能是磨粒對(duì)摩擦表面產(chǎn)生的切削作用、塑性變形和疲勞破壞作用或脆性斷裂的結(jié)果，還可能是他們綜合作用的反映，而以某一損害為主。7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.

7、2 磨損模型 3、影響因素及改善措施 硬磨粒磨損：硬度 斷裂韌度 晶粒組織 加工硬化 碳化物 軟磨粒磨損：疲勞金屬的磨損與接觸疲勞改善措施： (1)對(duì)于以切削作用為主要機(jī)理的磨粒磨損應(yīng)增加材料硬度 (2)根據(jù)機(jī)件服役條件，合理選擇耐磨材料 (3)除了提高材料本身硬度可增加抗磨料磨損性能外，還可進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火、滲碳、氮化、表面噴鍍與堆焊來(lái)提高耐磨性。 另外，經(jīng)常注意機(jī)件防塵和清洗，防止大于1m磨粒進(jìn)入接觸面 7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.3 磨損試驗(yàn)方法 1）實(shí)物磨損試驗(yàn)結(jié)果可靠性高，但時(shí)間長(zhǎng)，難于掌握和分析2）試樣磨損試驗(yàn)時(shí)間短、成本低、易掌握和控制，但可靠性不高,磨損試驗(yàn)機(jī)（圖

8、），通常用秤量法或測(cè)長(zhǎng)法確定磨損量金屬的磨損與接觸疲勞7.4 接觸疲勞 一、接觸破裂現(xiàn)象 接觸疲勞工件(如齒輪、滾動(dòng)軸承，鋼軌和輪箍，鑿巖機(jī)活塞和釬尾的打擊端部等)表面在接觸壓應(yīng)力的長(zhǎng)期不斷反復(fù)作用下引起的一種表面疲勞破壞現(xiàn)象 接觸應(yīng)力：兩物體相互接觸時(shí)，在表面上產(chǎn)生的局部壓入應(yīng)力 宏觀形態(tài)：接觸表面出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱(chēng)為麻點(diǎn)，也叫點(diǎn)蝕或麻點(diǎn)磨損。有的凹坑很深，呈“貝殼”狀，有疲勞裂紋發(fā)展線的痕跡存在。 金屬的磨損與接觸疲勞7.4 接觸疲勞 (1)點(diǎn)蝕 通常把深度在0.1-0.2mm以下的小塊剝落叫做點(diǎn)蝕。裂紋一般起源于表面。剝落坑呈針狀或痘狀。(2)(2)淺層剝落淺層剝落 其剝落深度一般為其剝落深度一般為0.2-0.4 mm0.2-0.4 mm。 (3)(3)深層剝落深層剝落 這類(lèi)剝落坑較深這類(lèi)剝落坑較深( (0.4mm)0.4mm)、塊大。一般、塊大。一般發(fā)生在表面強(qiáng)化的材料中，如發(fā)生在表面強(qiáng)化的材料中，如滲碳鋼中滲碳鋼中。 接觸疲勞破壞分為點(diǎn)蝕、淺層剝落、深層剝落三種主要類(lèi)型。二、接觸疲勞類(lèi)型和損傷過(guò)程金屬的磨損與接觸疲勞點(diǎn)蝕7.4 接觸疲勞 金屬的磨損與接觸疲勞7.4 接觸疲勞 四、影響接觸疲勞壽命的因素 接觸疲勞壽命首先取決于加載條件，特別是載荷大小。此