磨損及磨損理論

1、會計學(xué)1磨損及磨損理論磨損及磨損理論* * * 從磨損過程的變化來看，為了提高機器零件的從磨損過程的變化來看，為了提高機器零件的使用壽命，應(yīng)盡量延長使用壽命，應(yīng)盡量延長“穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段”。* * * 接觸接觸- -塑性變形塑性變形- -粘著粘著- -剪斷粘著點剪斷粘著點- -材料轉(zhuǎn)移材料轉(zhuǎn)移- -再粘著，循環(huán)不斷進行，構(gòu)成粘著磨損過程。再粘著，循環(huán)不斷進行，構(gòu)成粘著磨損過程。上圖為粘著磨損模型，假設(shè)摩擦副的一方為較硬上圖為粘著磨損模型，假設(shè)摩擦副的一方為較硬的材料，摩擦副另一方為較軟的材料；法向載荷的材料，摩擦副另一方為較軟的材料；法向載荷W W由由n個半徑為個半徑為a的相同微凸體承

2、受。的相同微凸體承受。則當(dāng)材料產(chǎn)生塑性變形時，法向載荷則當(dāng)材料產(chǎn)生塑性變形時，法向載荷W與較軟材料與較軟材料的屈服極限的屈服極限s之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： (1)當(dāng)摩擦副產(chǎn)生相對滑動，且滑動時每個微凸體上產(chǎn)當(dāng)摩擦副產(chǎn)生相對滑動，且滑動時每個微凸體上產(chǎn)生的磨屑為半球形生的磨屑為半球形, ,其體積為其體積為( (2/3)2/3)a3，則，則單位滑動單位滑動距離的總磨損量距離的總磨損量( (即磨損率，通常用于判斷材料磨損即磨損率，通常用于判斷材料磨損的快慢程度的快慢程度) )為為: :(2)由由(1)(1)和和(2)(2)式，可得：式，可得：(3)式式(3)(3)是假設(shè)了各個微凸體在接觸時均產(chǎn)生一個

3、磨粒而導(dǎo)出是假設(shè)了各個微凸體在接觸時均產(chǎn)生一個磨粒而導(dǎo)出。如果考慮到微凸體相互產(chǎn)生磨粒的概率數(shù)。如果考慮到微凸體相互產(chǎn)生磨粒的概率數(shù)K K和滑動距離和滑動距離L L，則，則接觸表面的粘著磨損量接觸表面的粘著磨損量表達式為：表達式為：(3)(4)由由(4)(4)式可得粘著式可得粘著磨損的三個定律：磨損的三個定律：材料磨損量與滑動距離成正比：材料磨損量與滑動距離成正比：適用于多種條件適用于多種條件材料磨損量與法向載荷成正比：材料磨損量與法向載荷成正比：適用于有限載荷范圍適用于有限載荷范圍材料磨損量與較軟材料的屈服極限材料磨損量與較軟材料的屈服極限y( (或硬度或硬度H H) )成反成反比比由于對于

4、彈性材料由于對于彈性材料sH/3，H為布氏硬度值，則式為布氏硬度值，則式(4)可可變?yōu)椋鹤優(yōu)椋菏街惺街蠯 K為粘著磨損系數(shù)為粘著磨損系數(shù)右圖為鋼制銷釘在鋼制圓盤上滑右圖為鋼制銷釘在鋼制圓盤上滑動摩擦?xí)r的結(jié)果。圖中示出鋼的動摩擦?xí)r的結(jié)果。圖中示出鋼的磨損系數(shù)隨表觀壓力的變化曲線磨損系數(shù)隨表觀壓力的變化曲線。縱坐標(biāo)為縱坐標(biāo)為K/HK/H，代表單位載荷、，代表單位載荷、單位滑動距離的磨損量，橫坐標(biāo)單位滑動距離的磨損量，橫坐標(biāo)代表平均接觸壓力。代表平均接觸壓力。當(dāng)壓力值小于片當(dāng)壓力值小于片H/3H/3時，磨損率時，磨損率小而且保持不變小而且保持不變( (即即K K保持常數(shù)保持常數(shù)) )；但當(dāng)壓力值超過

5、但當(dāng)壓力值超過H/3H/3時，磨損量急劇增大時，磨損量急劇增大( (K K值急劇增大值急劇增大) )，這意味著在這樣高的載荷作用下會發(fā)生大面積的粘著焊連這意味著在這樣高的載荷作用下會發(fā)生大面積的粘著焊連。對其他金屬也有類似的情況，只是。對其他金屬也有類似的情況，只是K K開始增加時的平均開始增加時的平均壓力值通常比壓力值通常比H/3H/3稍低而已。稍低而已。在壓力值為在壓力值為H/3H/3作用下，各個微凸體上的塑性變形區(qū)開始作用下，各個微凸體上的塑性變形區(qū)開始發(fā)生相互影響。當(dāng)壓力值增加到發(fā)生相互影響。當(dāng)壓力值增加到H/3H/3以上時，整個表面變以上時，整個表面變成塑性流動區(qū)，因而實際接觸面積不

6、再與載荷成正比，出成塑性流動區(qū)，因而實際接觸面積不再與載荷成正比，出現(xiàn)劇烈的粘著磨損，摩擦表面嚴重破壞?，F(xiàn)劇烈的粘著磨損，摩擦表面嚴重破壞。b.b. 相同金屬或相同金屬或冶金相溶性冶金相溶性大的材料摩擦副大的材料摩擦副( (相同相同金屬或晶格類型、電子密度、電化學(xué)性能相似的金屬或晶格類型、電子密度、電化學(xué)性能相似的金屬金屬) )易發(fā)生粘著磨損。異種金屬或冶金相溶性小易發(fā)生粘著磨損。異種金屬或冶金相溶性小的材料摩擦副抗粘著磨損能力較高。金屬與非金的材料摩擦副抗粘著磨損能力較高。金屬與非金屬摩擦副抗粘著磨損能力高于異種金屬摩擦副。屬摩擦副抗粘著磨損能力高于異種金屬摩擦副。應(yīng)避免使用同種金屬或冶金相

7、溶性大的金屬組成應(yīng)避免使用同種金屬或冶金相溶性大的金屬組成摩擦副摩擦副。 冶金的相冶金的相( (互互) )溶性溶性：兩種金屬能在固態(tài)互相溶解的性能。：兩種金屬能在固態(tài)互相溶解的性能。摩擦的相摩擦的相( (互互) )溶性：溶性：一定配對材料在發(fā)生摩擦和磨損時抵一定配對材料在發(fā)生摩擦和磨損時抵抗粘著的性能。抗粘著的性能。一般，一般，冶金相溶性好的金屬摩擦副，其摩擦相溶性就差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。相同金屬摩擦副，摩擦互溶性最差。速度的影響速度的影響在壓力一定的情況下，在壓力一定的情況下，粘著磨損隨滑動速度的粘著磨損隨滑動速度的增加而增加，在達到某

8、一極大值后，又隨著滑增加而增加，在達到某一極大值后，又隨著滑動速度的增加而減少動速度的增加而減少。下圖為摩擦速度不太高。下圖為摩擦速度不太高的范圍內(nèi)，鋼鐵材料的磨損隨摩擦速度、接觸的范圍內(nèi)，鋼鐵材料的磨損隨摩擦速度、接觸壓力的變化規(guī)律。壓力的變化規(guī)律。隨著滑動速度的變化，磨損類型由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N隨著滑動速度的變化，磨損類型由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。形式。如圖如圖(a)(a)所示，當(dāng)摩擦速度很低時，主要是所示，當(dāng)摩擦速度很低時，主要是氧化磨損，出氧化磨損，出現(xiàn)現(xiàn)FeFe2 2O O3 3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)化為隨速度的增大，氧

9、化膜破裂，金屬的直接接觸，轉(zhuǎn)化為粘粘著磨損著磨損，磨損量顯著增大。磨損量顯著增大?；瑒铀俣仍俑?，摩擦溫度上升，有利于氧化膜形成，又轉(zhuǎn)滑動速度再高，摩擦溫度上升，有利于氧化膜形成，又轉(zhuǎn)為為氧化磨損氧化磨損，磨屑為，磨屑為FeFe3 3O O4 4，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，磨損量又開，磨損量又開始增加。始增加。圖圖(b)(b)是滑動速度保持一定而改變載荷所得到的鋼對是滑動速度保持一定而改變載荷所得到的鋼對鋼磨損實驗結(jié)果。鋼磨損實驗結(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FeFe2 2O O

10、3 3；當(dāng)載荷達到當(dāng)載荷達到W W0 0后后, , 磨屑是磨屑是FeOFeO、FeFe2 2O O3 3 和和FeFe3 3O O4 4的混合的混合物。物。載荷超過載荷超過W Wc c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。上圖為溫度對膠合磨損的影響，可以看出，當(dāng)表上圖為溫度對膠合磨損的影響，可以看出，當(dāng)表面溫度達到臨界值面溫度達到臨界值( (約約8080) )時時, , 磨損量和摩擦系磨損量和摩擦系數(shù)都急劇增加。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和滑動速度和滑動速度v，其中速度的影響更大，因此限制，其中速度的影響更大，因此限

11、制pv值是減少粘值是減少粘著磨損和防止膠合發(fā)生的有效方法著磨損和防止膠合發(fā)生的有效方法。潤滑油、潤滑脂的影響潤滑油、潤滑脂的影響 在潤滑油、潤滑脂中加人油性或極壓添加劑在潤滑油、潤滑脂中加人油性或極壓添加劑能提高潤滑油膜吸附能力及油膜強度，能成倍地能提高潤滑油膜吸附能力及油膜強度，能成倍地提高抗粘著磨損能力。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的分子組成，在是由極性非常強的分子組成，在常溫條件下，吸附在金屬表面上形成邊界潤滑膜，常溫條件下，吸附在金屬表面上形成邊界潤滑膜，防止金屬表面的直接接觸，保持摩擦面的良好潤防止金屬表面的直接接觸，保持摩擦面的良好潤滑狀態(tài)?；瑺顟B(tài)。 極

12、壓添加劑極壓添加劑是在高溫條件下，分解出活性元是在高溫條件下，分解出活性元素與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，生成一種低剪切強度素與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，生成一種低剪切強度的金屬化合物薄膜，防止金屬因干摩擦或邊界摩的金屬化合物薄膜，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。擦條件下而引起的粘著現(xiàn)象。 (2)(2)磨粒磨損分類及其磨損特征磨粒磨損分類及其磨損特征磨料磨損根據(jù)表面磨損的破壞形式，大體可以磨料磨損根據(jù)表面磨損的破壞形式，大體可以分為下列幾種類型：分為下列幾種類型： 按摩擦表面的數(shù)目分為按摩擦表面的數(shù)目分為: :兩體磨料磨損種和兩體磨料磨損種和三體磨料磨損三體磨料磨損a.a.二體磨粒磨損二體

13、磨粒磨損磨粒沿一個固體表面相對運動磨粒沿一個固體表面相對運動產(chǎn)生的磨損。產(chǎn)生的磨損。當(dāng)磨粒運動方向與固體表面接當(dāng)磨粒運動方向與固體表面接近平行時近平行時, , 磨粒與表面接觸處磨粒與表面接觸處的應(yīng)力較低的應(yīng)力較低, , 固體表面產(chǎn)生擦固體表面產(chǎn)生擦傷或微小的犁溝痕跡。傷或微小的犁溝痕跡。如果磨粒運動方向與固體表面接近垂直時，如果磨粒運動方向與固體表面接近垂直時，此時此時, , 磨粒與表面產(chǎn)生高應(yīng)力碰撞磨粒與表面產(chǎn)生高應(yīng)力碰撞, , 在表面上磨出較深在表面上磨出較深的溝槽的溝槽, , 并有大顆粒材料從表面脫落。并有大顆粒材料從表面脫落。在一對摩擦副中在一對摩擦副中, , 硬表面的粗糙峰對軟表面起

14、著硬表面的粗糙峰對軟表面起著磨粒作用磨粒作用, , 這也是一種二體磨損這也是一種二體磨損, , 它通常是低應(yīng)它通常是低應(yīng)力磨粒磨損。力磨粒磨損。b.b.三體磨粒磨損三體磨粒磨損外界磨粒移動于兩摩擦表面之間外界磨粒移動于兩摩擦表面之間, , 類似于研磨類似于研磨作用作用, , 稱為三體磨粒磨損。稱為三體磨粒磨損。通常三體磨損的磨粒與金屬表面產(chǎn)生通常三體磨損的磨粒與金屬表面產(chǎn)生極高的接極高的接觸應(yīng)力觸應(yīng)力, , 往往超過磨粒的壓潰強度往往超過磨粒的壓潰強度。這種壓應(yīng)。這種壓應(yīng)力使韌性金屬的摩擦表面產(chǎn)生塑性變形或疲勞力使韌性金屬的摩擦表面產(chǎn)生塑性變形或疲勞, , 而脆性金屬表面則發(fā)生脆裂或剝落。而脆

15、性金屬表面則發(fā)生脆裂或剝落。a.a.鑿削式磨粒磨損鑿削式磨粒磨損這類磨損的特征是這類磨損的特征是沖擊力大沖擊力大，磨料以很大的沖擊力，磨料以很大的沖擊力切入金屬表面，因此工件受到很高的應(yīng)力，造成表切入金屬表面，因此工件受到很高的應(yīng)力，造成表面宏觀變形，并可以面宏觀變形，并可以從摩擦表面鑿削下金屬大顆粒從摩擦表面鑿削下金屬大顆粒，在被磨損表面有較深的溝槽和壓痕。，在被磨損表面有較深的溝槽和壓痕。如挖掘機的斗齒、如挖掘機的斗齒、礦石破碎機錘頭礦石破碎機錘頭等零件表面的磨等零件表面的磨損即屬于此種磨損即屬于此種磨損形式。損形式。 按摩擦表面所受的應(yīng)力和沖擊的大小分為按摩擦表面所受的應(yīng)力和沖擊的大小分

16、為鑿削鑿削式磨料磨損、高應(yīng)力碾碎式磨料磨損和低應(yīng)力式磨料磨損、高應(yīng)力碾碎式磨料磨損和低應(yīng)力擦傷式磨料磨損擦傷式磨料磨損。b.b.高應(yīng)力碾碎式磨粒磨損高應(yīng)力碾碎式磨粒磨損這類磨損的特點是這類磨損的特點是應(yīng)力高應(yīng)力高，磨料所受的應(yīng)力超過，磨料所受的應(yīng)力超過磨料的壓碎強度，當(dāng)磨料夾在兩摩擦表面之間時磨料的壓碎強度，當(dāng)磨料夾在兩摩擦表面之間時，局部產(chǎn)生很高的接觸應(yīng)力，這種壓應(yīng)力使，局部產(chǎn)生很高的接觸應(yīng)力，這種壓應(yīng)力使韌性韌性金屬的摩擦表面產(chǎn)生塑性變形或疲勞金屬的摩擦表面產(chǎn)生塑性變形或疲勞, , 而脆性金而脆性金屬表面則發(fā)生脆裂或剝落屬表面則發(fā)生脆裂或剝落。同時磨料不斷被碾碎，被碾碎同時磨料不斷被碾碎，

17、被碾碎的磨料顆粒呈多角形，的磨料顆粒呈多角形，擦傷金擦傷金屬，在摩擦表面留下溝槽和凹屬，在摩擦表面留下溝槽和凹坑坑。如礦石粉碎機的顎板、如礦石粉碎機的顎板、軋碎機滾筒等表面的破壞。軋碎機滾筒等表面的破壞。c.c.低應(yīng)力擦傷式磨粒磨損低應(yīng)力擦傷式磨粒磨損這種磨損的特征是這種磨損的特征是應(yīng)力低應(yīng)力低，磨料作用于摩，磨料作用于摩擦表面的應(yīng)力不超過它本身的壓潰強度。擦表面的應(yīng)力不超過它本身的壓潰強度。材料表面有材料表面有擦傷并有微小的切削痕跡擦傷并有微小的切削痕跡。如。如犁鏵、泥沙泵葉輪等。犁鏵、泥沙泵葉輪等。關(guān)于材料磨粒磨損主要有以下幾個假設(shè)：關(guān)于材料磨粒磨損主要有以下幾個假設(shè)： 微觀切削假說：微觀

18、切削假說：法向載荷將磨料壓入摩擦表面法向載荷將磨料壓入摩擦表面，滑動時磨料對表面產(chǎn)生，滑動時磨料對表面產(chǎn)生切削作用切削作用，材料脫離，材料脫離表面形成磨屑。表面形成磨屑。 壓痕破壞假說壓痕破壞假說( (擦痕假說擦痕假說) )：磨料在載荷作用下：磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產(chǎn)生壓痕，滑動時使表面產(chǎn)生壓入摩擦表面而產(chǎn)生壓痕，滑動時使表面產(chǎn)生嚴重的塑性變形，壓痕兩側(cè)材料受到損傷嚴重的塑性變形，壓痕兩側(cè)材料受到損傷，因，因而易從表面擠出或剝落。而易從表面擠出或剝落。 疲勞破壞假說疲勞破壞假說：摩擦表面在磨料產(chǎn)生的：摩擦表面在磨料產(chǎn)生的循環(huán)接循環(huán)接觸應(yīng)力作用下觸應(yīng)力作用下，表面材料開始出現(xiàn)疲勞裂紋并，

19、表面材料開始出現(xiàn)疲勞裂紋并逐漸擴大，最后從表面剝離。逐漸擴大，最后從表面剝離。假設(shè)磨粒為形狀相同的圓錐體，半角為假設(shè)磨粒為形狀相同的圓錐體，半角為，錐底直徑為，錐底直徑為r( (即犁出的溝槽寬度即犁出的溝槽寬度) )，載荷為，載荷為W，壓入深度，壓入深度h，滑動距離為，滑動距離為L，屈服極限，屈服極限s s。在垂直方向的投影面積為。在垂直方向的投影面積為r2，滑動時只，滑動時只有半個錐面有半個錐面(前進方向的錐面前進方向的錐面)承受載荷，共有承受載荷，共有n個微凸體個微凸體，則所受的法向載荷為：，則所受的法向載荷為：將犁去的體積作為磨損量，其水平方向的投影面積為一將犁去的體積作為磨損量，其水平

20、方向的投影面積為一個三角形，個三角形，單位滑動距離的磨損量單位滑動距離的磨損量(磨損率磨損率)為為Q0=nhr, 因因為為r=htan ，因此：，因此：(1)如果考慮到微凸體相互作用產(chǎn)生磨粒的概率數(shù)如果考慮到微凸體相互作用產(chǎn)生磨粒的概率數(shù)K和滑動和滑動距離距離L，并且代人材料的硬度，并且代人材料的硬度H=3=3s，則則接觸表面的磨接觸表面的磨損量損量表達式為：表達式為：式中式中K Ks s為磨粒磨損系數(shù)為磨粒磨損系數(shù)，是幾何因素，是幾何因素2/2/tan 和概率常數(shù)和概率常數(shù)K K的乘積，的乘積，K Ks s與磨粒硬度、形狀和起切削作用的磨粒數(shù)量與磨粒硬度、形狀和起切削作用的磨粒數(shù)量等因素有關(guān)

21、。應(yīng)當(dāng)指出，上述分析忽略了許多實際因素等因素有關(guān)。應(yīng)當(dāng)指出，上述分析忽略了許多實際因素，例如磨粒的分布情況、材料彈性變形和滑動前方材料，例如磨粒的分布情況、材料彈性變形和滑動前方材料堆積產(chǎn)生的接觸面積變化等等，堆積產(chǎn)生的接觸面積變化等等，因此式因此式(2)(2)近似地適用近似地適用于二體磨粒磨損。于二體磨粒磨損。在三體磨損中，一部分磨粒的運動是在三體磨損中，一部分磨粒的運動是沿表面滾動，它們不產(chǎn)生切削作用，因此沿表面滾動，它們不產(chǎn)生切削作用，因此K Ks s值明顯減小值明顯減小。由公式由公式(2)(2)可看出可看出: :粘著磨損定律也同樣適用于磨粒磨損粘著磨損定律也同樣適用于磨粒磨損。(2)相

22、對耐磨度相對耐磨度：標(biāo)準試樣磨：標(biāo)準試樣磨損量和被評價損量和被評價試驗試樣磨損試驗試樣磨損量之比，其值量之比，其值越大，材料耐越大，材料耐磨性越好。磨性越好。材料硬度的影響：材料硬度的影響：如圖如圖(a)(a)所示，所示，對于純金屬和退火鋼，其耐磨性與對于純金屬和退火鋼，其耐磨性與硬度成正比硬度成正比。圖圖(b)(b)是正常淬火后，不同溫是正常淬火后，不同溫度回火的幾種鋼的磨粒磨損試度回火的幾種鋼的磨粒磨損試驗結(jié)果。驗結(jié)果。淬火回火鋼的耐磨性隨著硬度淬火回火鋼的耐磨性隨著硬度的增加而增大，但是與退火鋼的增加而增大，但是與退火鋼相比，耐磨性的增相比，耐磨性的增大速度緩慢大速度緩慢些，即淬火回火可

23、以提高鋼的些，即淬火回火可以提高鋼的硬度和耐磨性，但效果微弱。硬度和耐磨性，但效果微弱。由此得出：金屬的耐磨性不僅由此得出：金屬的耐磨性不僅取決于其硬度，還取決于它的取決于其硬度，還取決于它的成分和組織結(jié)構(gòu)。成分和組織結(jié)構(gòu)。相同硬度下，鋼中的碳含量及碳化物形成元素含相同硬度下，鋼中的碳含量及碳化物形成元素含量越高，其耐磨性也越強。量越高，其耐磨性也越強。右圖為表面冷作硬化對低右圖為表面冷作硬化對低應(yīng)力磨粒磨損試驗時的耐應(yīng)力磨粒磨損試驗時的耐磨性的影響。磨性的影響。由圖可見，冷作硬化后，由圖可見，冷作硬化后，表層硬度的提高并沒有使表層硬度的提高并沒有使耐磨性增加，甚至有下降耐磨性增加，甚至有下降

24、的趨勢。所以的趨勢。所以在低應(yīng)力磨在低應(yīng)力磨損時，冷作硬化不能提高損時，冷作硬化不能提高表面的耐磨性表面的耐磨性( (只要在塑只要在塑性變形的過程中組織未發(fā)性變形的過程中組織未發(fā)生變化生變化) )。 加工硬化的影響：加工硬化的影響： 應(yīng)提出的是，零件實際使用條件與上述試驗應(yīng)提出的是，零件實際使用條件與上述試驗條件相近時，以上結(jié)論才是適用的。條件相近時，以上結(jié)論才是適用的。 如果零件在更復(fù)雜的條件下工作，如果零件在更復(fù)雜的條件下工作，如除了磨如除了磨粒磨損之外，可能還有其他因素起作用，這時就粒磨損之外，可能還有其他因素起作用，這時就不能簡單套用上述結(jié)論。不能簡單套用上述結(jié)論。例如，表面層的機械冷

25、例如，表面層的機械冷作硬化作硬化( (噴丸處理、滾壓強化等噴丸處理、滾壓強化等) )是提高零件疲勞是提高零件疲勞強度的方法，由于提高了材料的表面硬度，這對強度的方法，由于提高了材料的表面硬度，這對于以于以粘著磨損為主粘著磨損為主的磨損，也能提高摩擦副的相的磨損，也能提高摩擦副的相對耐磨性。對耐磨性。 以上所述是指冷作硬化對以上所述是指冷作硬化對低應(yīng)力磨粒磨損低應(yīng)力磨粒磨損時時的耐磨性的影響。的耐磨性的影響。 對于對于高應(yīng)力磨粒磨損高應(yīng)力磨粒磨損曾用球磨機鋼球進行了試曾用球磨機鋼球進行了試驗，試驗表明，材料在受高應(yīng)力沖擊載荷下，表驗，試驗表明，材料在受高應(yīng)力沖擊載荷下，表面會受到加工硬化，面會受

26、到加工硬化，加工硬化后的硬度愈高，其加工硬化后的硬度愈高，其耐磨抗力也愈高耐磨抗力也愈高。 高錳鋼的耐磨性也可說明這個問題。此鋼淬高錳鋼的耐磨性也可說明這個問題。此鋼淬火后為軟而韌的奧氏體組織，當(dāng)受低應(yīng)力磨損時火后為軟而韌的奧氏體組織，當(dāng)受低應(yīng)力磨損時，它的耐磨性不好，而在高應(yīng)力磨損的場合，它，它的耐磨性不好，而在高應(yīng)力磨損的場合，它具有特別高的耐磨性。這是由于奧氏體在塑性變具有特別高的耐磨性。這是由于奧氏體在塑性變形時其加工硬化率很高，同時還因為其形時其加工硬化率很高，同時還因為其轉(zhuǎn)變?yōu)楹苻D(zhuǎn)變?yōu)楹苡驳鸟R氏體硬的馬氏體。生產(chǎn)實踐證明，高錳鋼用作碎石機。生產(chǎn)實踐證明，高錳鋼用作碎石機錘頭可呈現(xiàn)很

27、好的耐磨性。錘頭可呈現(xiàn)很好的耐磨性。綜合和所述綜合和所述, 提高鋼材硬度的方法有改善合金提高鋼材硬度的方法有改善合金成分、熱處理或冷作硬化等三種。成分、熱處理或冷作硬化等三種。而材料抗磨粒而材料抗磨粒磨損的能力與硬化方法有關(guān)，所以必須根據(jù)各種磨損的能力與硬化方法有關(guān)，所以必須根據(jù)各種提高硬度的方法來考慮耐磨性與硬度的關(guān)系。提高硬度的方法來考慮耐磨性與硬度的關(guān)系。損階段。損階段。 ：當(dāng)磨料硬度超過試件材料硬度后，即：當(dāng)磨料硬度超過試件材料硬度后，即0.7H H0 H H，氧化膜容易破碎，產(chǎn)生磨損。，氧化膜容易破碎，產(chǎn)生磨損。若若H H0 0 H H，在小載荷引起小變形時，氧化膜和基體，在小載荷引

28、起小變形時，氧化膜和基體金屬同時變形，氧化磨損小些，若變形量大，則金屬同時變形，氧化磨損小些，若變形量大，則氧化膜同樣容易破碎，產(chǎn)生磨損。氧化膜同樣容易破碎，產(chǎn)生磨損。若若H H0 0與與H H都很高，載荷引起的變形小，氧化膜不易都很高，載荷引起的變形小，氧化膜不易破碎，此時的耐磨性好。破碎，此時的耐磨性好。d.d.介質(zhì)含氧量的影響介質(zhì)含氧量的影響介質(zhì)含氧量會直接影響磨損率。金屬在還原性氣介質(zhì)含氧量會直接影響磨損率。金屬在還原性氣體、惰性氣體、純氧介質(zhì)中，其磨損量都比在空體、惰性氣體、純氧介質(zhì)中，其磨損量都比在空氣中大。這是因為空氣中所形成的氧化膜強度高氣中大。這是因為空氣中所形成的氧化膜強度

29、高，與基體金屬結(jié)合牢固的緣故。，與基體金屬結(jié)合牢固的緣故。e.e.潤滑狀態(tài)的影響潤滑狀態(tài)的影響 用油脂潤滑時，油脂除了起減磨作用外，又用油脂潤滑時，油脂除了起減磨作用外，又隔絕摩擦表面與空氣中氧的直接接觸，使氧化膜隔絕摩擦表面與空氣中氧的直接接觸，使氧化膜的生成速度減緩，但油脂與氧的反應(yīng)，生成酸性的生成速度減緩，但油脂與氧的反應(yīng)，生成酸性氧化物，會腐蝕摩擦面。氧化物，會腐蝕摩擦面。 生產(chǎn)中有時利用危害性小的腐蝕磨損以防止生產(chǎn)中有時利用危害性小的腐蝕磨損以防止危害性大的粘著磨損。危害性大的粘著磨損。 如汽車后橋中采用雙曲線齒輪傳動，由于雙如汽車后橋中采用雙曲線齒輪傳動，由于雙曲線齒輪副接觸應(yīng)力較

30、大，極易產(chǎn)生早期粘著磨曲線齒輪副接觸應(yīng)力較大，極易產(chǎn)生早期粘著磨損。為了阻止這種粘著磨損，在潤滑中有意加入損。為了阻止這種粘著磨損，在潤滑中有意加入腐蝕性極壓添加劑腐蝕性極壓添加劑，使油膜強度提高，使油膜強度提高，寧可產(chǎn)生寧可產(chǎn)生較低的腐蝕磨損，而避免嚴重的粘著磨損出現(xiàn)較低的腐蝕磨損，而避免嚴重的粘著磨損出現(xiàn)。(4)(4)特殊介質(zhì)腐蝕磨損特殊介質(zhì)腐蝕磨損: : 對于在化工設(shè)備中工作的摩擦副，由于金屬表對于在化工設(shè)備中工作的摩擦副，由于金屬表面與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)腐蝕作用而造面與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)腐蝕作用而造成的磨損。成的磨損。其腐蝕磨損的機理與氧化磨損相似其腐蝕磨損的機理與

31、氧化磨損相似, , 但但腐蝕磨損速腐蝕磨損速度較快，磨損痕跡較深度較快，磨損痕跡較深, , 磨損量也較大磨損量也較大。磨屑呈顆。磨屑呈顆粒狀和絲狀粒狀和絲狀, , 它們是表面金屬與周圍介質(zhì)的化合物它們是表面金屬與周圍介質(zhì)的化合物。 此外，金屬表面還可能與某些特殊介質(zhì)作用，此外，金屬表面還可能與某些特殊介質(zhì)作用，而生成耐磨性較好的保護膜。而生成耐磨性較好的保護膜。特殊介質(zhì)腐蝕磨損的影響因素特殊介質(zhì)腐蝕磨損的影響因素a.a.介質(zhì)性質(zhì)和溫度的影響介質(zhì)性質(zhì)和溫度的影響鋼的鋼的磨損率隨著介質(zhì)腐蝕性的增強而加快磨損率隨著介質(zhì)腐蝕性的增強而加快。鋼的鋼的磨損率隨著溫度的升高而增大磨損率隨著溫度的升高而增大。

32、b.b.合金元素的影響合金元素的影響 有些元素，如有些元素，如鎳、鉻、鈦鎳、鉻、鈦等在特殊介質(zhì)作用下等在特殊介質(zhì)作用下，易形成化學(xué)結(jié)合力較高、結(jié)構(gòu)致密的，易形成化學(xué)結(jié)合力較高、結(jié)構(gòu)致密的鈍化膜鈍化膜，從，從而減輕腐蝕磨損。而減輕腐蝕磨損。 鎢、鉬兩金屬在鎢、鉬兩金屬在500500CC以上，表面生成保護膜以上，表面生成保護膜，使摩擦系數(shù)堿小，故鎢、鉬是使摩擦系數(shù)堿小，故鎢、鉬是抗高溫腐蝕磨損的重抗高溫腐蝕磨損的重要金屬材料要金屬材料。此外，由。此外，由碳化鎢、碳化鈦等組成的硬碳化鎢、碳化鈦等組成的硬質(zhì)合金都具有高抗腐蝕磨損能力質(zhì)合金都具有高抗腐蝕磨損能力。 含含鎘、鉛等元素的滑動軸承材料鎘、鉛等

33、元素的滑動軸承材料很容易被潤滑很容易被潤滑油里的酸性物質(zhì)腐蝕，在軸承表面上生成黑點，逐油里的酸性物質(zhì)腐蝕，在軸承表面上生成黑點，逐漸擴展成海綿狀空洞，在摩擦過程中成小塊剝落。漸擴展成海綿狀空洞，在摩擦過程中成小塊剝落。 含銀、銅等元素的軸承材料含銀、銅等元素的軸承材料在在溫度不高溫度不高時，與油時，與油中硫化物生成硫化物膜，能起減摩作用，但中硫化物生成硫化物膜，能起減摩作用，但高溫時高溫時膜易破裂，如硫化銅膜，性質(zhì)硬而脆，極易剝落。膜易破裂，如硫化銅膜，性質(zhì)硬而脆，極易剝落。 (5)(5)氣蝕氣蝕: :定義：定義：氣蝕是固體表面與液體相對運動所產(chǎn)生的表面損氣蝕是固體表面與液體相對運動所產(chǎn)生的表

34、面損傷，通常發(fā)生在水泵零件、水輪機葉片和船舶螺旋槳等表傷，通常發(fā)生在水泵零件、水輪機葉片和船舶螺旋槳等表面。面。氣蝕的機理：氣蝕的機理： 當(dāng)液體在與固體表面接觸處的壓力低于它的蒸發(fā)壓力當(dāng)液體在與固體表面接觸處的壓力低于它的蒸發(fā)壓力時，將在固體表面附近形成氣泡。另外，溶解在液體中的時，將在固體表面附近形成氣泡。另外，溶解在液體中的氣體也可能析出而形成氣泡。氣體也可能析出而形成氣泡。 隨后，當(dāng)氣泡流動到液體壓力超過氣泡壓力的地方時隨后，當(dāng)氣泡流動到液體壓力超過氣泡壓力的地方時，氣泡便潰滅，在潰滅瞬時產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫。，氣泡便潰滅，在潰滅瞬時產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫。固固體表面經(jīng)受這種沖擊力的多

35、次反復(fù)作用，材料發(fā)生疲勞脫體表面經(jīng)受這種沖擊力的多次反復(fù)作用，材料發(fā)生疲勞脫落落，使表面出現(xiàn)小凹坑，進而發(fā)展成海綿狀。嚴重的氣蝕，使表面出現(xiàn)小凹坑，進而發(fā)展成海綿狀。嚴重的氣蝕可在表面形成大片的凹坑，深度可達可在表面形成大片的凹坑，深度可達20mm20mm。 氣蝕的機理是由于沖擊應(yīng)力造成的表面疲勞破壞，但氣蝕的機理是由于沖擊應(yīng)力造成的表面疲勞破壞，但液體的化學(xué)和電化學(xué)作用、液體中含有磨粒等都能加速氣液體的化學(xué)和電化學(xué)作用、液體中含有磨粒等都能加速氣蝕的破壞過程。蝕的破壞過程。防止氣蝕的措施：防止氣蝕的措施： 減少氣蝕的有效措施是防止氣泡的產(chǎn)生。減少氣蝕的有效措施是防止氣泡的產(chǎn)生。 首先應(yīng)使在液

36、體中運動的首先應(yīng)使在液體中運動的表面具有流線形表面具有流線形，避免在局部地方出現(xiàn)渦流，因為渦流區(qū)壓力低避免在局部地方出現(xiàn)渦流，因為渦流區(qū)壓力低, , 容易產(chǎn)生氣泡。此外，應(yīng)當(dāng)容易產(chǎn)生氣泡。此外，應(yīng)當(dāng)減少液體中的含氣量減少液體中的含氣量和液體流動中的擾動和液體流動中的擾動，也將限制氣泡的形成。，也將限制氣泡的形成。 選擇適當(dāng)?shù)牟牧夏軌蛱岣呖箽馕g能力。通常選擇適當(dāng)?shù)牟牧夏軌蛱岣呖箽馕g能力。通常強度和韌性高的金屬材料具有較好的抗氣蝕性能強度和韌性高的金屬材料具有較好的抗氣蝕性能。非金屬材料非金屬材料如橡膠、尼龍等也如橡膠、尼龍等也是耐氣蝕性能較是耐氣蝕性能較好的材料好的材料。提高材料的抗腐蝕性也將減

37、少氣蝕破。提高材料的抗腐蝕性也將減少氣蝕破壞。壞。 (6)(6)微動磨損微動磨損定義：定義： 微動磨損是一種典型的微動磨損是一種典型的復(fù)合式磨損復(fù)合式磨損，它是在，它是在兩個表面之間由于兩個表面之間由于振幅很小振幅很小(0.25 mm(0.25 mm以下以下) )的相對的相對振動而產(chǎn)生的磨損振動而產(chǎn)生的磨損。如果在微動磨損過程中兩個。如果在微動磨損過程中兩個表面之間的化學(xué)反應(yīng)起主要作用時，則可稱為微表面之間的化學(xué)反應(yīng)起主要作用時，則可稱為微動腐蝕磨損。動腐蝕磨損。 通常在靜配合的軸與孔表面，某些片式摩擦通常在靜配合的軸與孔表面，某些片式摩擦離合器的內(nèi)、外摩擦片的接合面上，以及一些受離合器的內(nèi)、

38、外摩擦片的接合面上，以及一些受振動影響的連接體等振動影響的連接體等( (花鍵、銷、螺釘花鍵、銷、螺釘) )的接合面的接合面上，都可能出現(xiàn)微動磨損。上，都可能出現(xiàn)微動磨損。微動磨損的機理：微動磨損的機理： 接觸壓力使摩擦副表面的凸起部分發(fā)生接觸壓力使摩擦副表面的凸起部分發(fā)生塑性變塑性變形和粘著形和粘著。當(dāng)接觸表面受到外界微小振動。當(dāng)接觸表面受到外界微小振動, , 雖然相雖然相對滑移量很小，粘著結(jié)點將被剪切而脫落，露出基對滑移量很小，粘著結(jié)點將被剪切而脫落，露出基體金屬表面。體金屬表面。 這些脫落顆粒及剪切面又與大氣中的氧反應(yīng)并這些脫落顆粒及剪切面又與大氣中的氧反應(yīng)并發(fā)生發(fā)生氧化磨損氧化磨損，生成

39、以紅褐色，生成以紅褐色FeFe2 2O O3 3磨屑，由于表面磨屑，由于表面緊密接觸，這些氧化物磨屑不易排出，堆積在表面緊密接觸，這些氧化物磨屑不易排出，堆積在表面間，故在摩擦表面起著間，故在摩擦表面起著磨粒磨損磨粒磨損的作用，如此循環(huán)的作用，如此循環(huán)不止。若振動應(yīng)力很大時，微動磨損處能形成表面不止。若振動應(yīng)力很大時，微動磨損處能形成表面應(yīng)力源，由疲勞裂紋發(fā)展引起完全的破壞。應(yīng)力源，由疲勞裂紋發(fā)展引起完全的破壞。 由此可見由此可見, , 微小振動和氧化作用微小振動和氧化作用是促進微動磨是促進微動磨損的主要因素。而損的主要因素。而微動磨損是粘著磨損、氧化磨損微動磨損是粘著磨損、氧化磨損和磨粒磨損

40、等多種磨損形式的組合和磨粒磨損等多種磨損形式的組合。微動磨損的影響因素：微動磨損的影響因素：a.a.材料性質(zhì)的影響材料性質(zhì)的影響 摩擦副材料配對是影響微動磨損的重要因素。一摩擦副材料配對是影響微動磨損的重要因素。一般來說，般來說，抗粘著磨損性能好的材料也具有良好的抗微抗粘著磨損性能好的材料也具有良好的抗微動磨損性能動磨損性能。提高硬度可以降低微動磨損，而表面粗。提高硬度可以降低微動磨損，而表面粗糙度與微動磨損性能無關(guān)。糙度與微動磨損性能無關(guān)。b.b.潤滑油的影響潤滑油的影響 適當(dāng)?shù)臐櫥梢杂行У馗纳瓶刮幽p能力，因適當(dāng)?shù)臐櫥梢杂行У馗纳瓶刮幽p能力，因為潤滑膜保護表面防止氧化。采用極壓添

41、加劑或涂抹為潤滑膜保護表面防止氧化。采用極壓添加劑或涂抹二硫化鉬都可以減少微動磨損。二硫化鉬都可以減少微動磨損。c.c.載荷的影響載荷的影響 微動磨損量隨載荷增加而加劇，但當(dāng)超過一定載微動磨損量隨載荷增加而加劇，但當(dāng)超過一定載荷以后，磨損量將隨著載荷的增加而減少荷以后，磨損量將隨著載荷的增加而減少。因此可以。因此可以通過控制過盈配合的預(yù)應(yīng)力及過盈量來緩解微動磨損通過控制過盈配合的預(yù)應(yīng)力及過盈量來緩解微動磨損d.d.振蕩頻率和振幅的影響振蕩頻率和振幅的影響 通常通常振幅小振幅小時，鋼的時，鋼的微動磨損不受振動頻率的微動磨損不受振動頻率的影響影響，但振幅，但振幅振動較大振動較大時，時，微動磨損量隨

42、振動頻率微動磨損量隨振動頻率的增加而降低的增加而降低。 * * * 應(yīng)當(dāng)指出，應(yīng)當(dāng)指出，上述氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損上述氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕和微動磨損的共同特點是表面與周圍介質(zhì)、氣蝕和微動磨損的共同特點是表面與周圍介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)起著重要作用的化學(xué)反應(yīng)起著重要作用。所以可將這幾種磨損。所以可將這幾種磨損統(tǒng)稱為腐蝕性磨損。統(tǒng)稱為腐蝕性磨損。(7)(7)極壓添加劑與腐蝕磨損的區(qū)別極壓添加劑與腐蝕磨損的區(qū)別 在多數(shù)情況下在多數(shù)情況下, , 腐蝕性磨損首先產(chǎn)生化學(xué)反腐蝕性磨損首先產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，然后由于摩擦中的機械作用使化學(xué)生成物從應(yīng)，然后由于摩擦中的機械作用使化學(xué)生成物從表面脫落。表面脫落

43、。 由此可見，腐蝕性磨損過程與潤滑油中的極由此可見，腐蝕性磨損過程與潤滑油中的極壓添加劑在表面生成化學(xué)反應(yīng)膜的潤滑過程基本壓添加劑在表面生成化學(xué)反應(yīng)膜的潤滑過程基本相同，其差別在于相同，其差別在于化學(xué)生成物是起保護表面防止化學(xué)生成物是起保護表面防止磨損的作用磨損的作用, , 還是促進表面脫落還是促進表面脫落。 采用極壓添加劑降低采用極壓添加劑降低粘著磨損時粘著磨損時, , 應(yīng)選擇合適應(yīng)選擇合適的化學(xué)活性的化學(xué)活性, , 即添加劑成即添加劑成分和濃度。分和濃度。 右圖給出了粘著磨損右圖給出了粘著磨損和由極壓添加劑引起的腐和由極壓添加劑引起的腐蝕磨損與添加劑化學(xué)活性蝕磨損與添加劑化學(xué)活性的關(guān)系。的關(guān)系。粘著磨損的磨損粘著磨損的磨損率隨化學(xué)活性的增加而降率隨化學(xué)活性的增加而降低。而腐蝕磨損的磨損率低。而腐蝕磨損的磨損率隨化學(xué)活性按線性增加。隨化學(xué)活性按線性增加。因而圖中因而圖中A A點是最佳活性點是最佳活性, , 此處磨損率最低。此處磨損率最低。速度的影響速度