第07章 金屬的磨損與耐磨性

第七章

金屬的磨損和耐磨性1§7.1磨損概念§7.2磨損模型§7.3提高耐磨性方法§7.4金屬接觸疲勞2火車鋼軌表面磨損軸承齒輪3§7.1磨損概念

1、定義機件表面相互接觸并作相對運動時，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使表面材料逐漸損失、尺寸變化，造成表面損傷的現(xiàn)象稱為磨損。

2、磨損過程磨損量與時間的關系曲線時間（或摩擦過程）磨損量劇烈磨損穩(wěn)定磨損跑合O不變遞升遞減時間磨損速率磨損速率與時間的關系曲線摩擦副43、耐磨性（1）線磨損量即機件摩擦表面的法線方向的尺寸減少量。（2）體積磨損或質量磨損即機件體積或質量的損失量（3）相對耐磨性

相對耐磨性的倒數(shù)稱為磨損系數(shù)。磨損量越小，耐磨性越高！5§7.2磨損模型1、粘著磨損（咬合磨損）

在滑動摩擦條件下，摩擦副相對滑動速度較小時發(fā)生。它是由于摩擦副表面突起點，這些突起點在接觸面積上產(chǎn)生很大的局部應力，超過材料的屈服強度而產(chǎn)生塑性變形，使得這部分表面的潤滑油膜和氧化膜被擠破，造成裸露出來的金屬表面直接接觸而產(chǎn)生粘著的一種磨損。磨具、齒輪、凸輪、軸承、汽缸等熔焊62、磨粒磨損

磨粒磨損是當摩擦副一方表面存在堅硬細微突起，或者接觸面之間存在著硬質顆粒時所產(chǎn)生的一種磨損。磨損表面明顯存在硬質顆?；蛲黄鸹龅臏喜邸Ｍ诰驒C斗齒、銑床導軌、球磨罐等73、腐蝕磨損

摩擦過程中，摩擦副之間或摩擦副表面與環(huán)境發(fā)生化學反應或電化學反應形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物的形成和脫落引起腐蝕磨損?；C械（1）氧化磨損摩擦副作相對運動時，表面凹凸不平的部位產(chǎn)生很大的應力，容易出現(xiàn)塑性變形。塑性變形加速氧向金屬內(nèi)部的擴散，形成氧化膜。氧化膜的強度低，容易被摩擦副一方的突起所剝落，裸露出新的表面，又發(fā)生氧化。這種氧化膜形成-剝落，再形成-剝落的過程稱為氧化磨損過程。8

宏觀特征：在摩擦副表面有均勻細小的磨痕。（2）微動磨損復合磨損摩擦副表面之間由于微小振動或往復運動而產(chǎn)生的磨損稱為微動磨損。摩擦副表面不僅有磨屑，還有蝕坑。9§7.3提高耐磨性方法一、提高粘著磨損機件的耐磨性1、材料選擇選擇表面互溶性小的材料。（如金屬與非金屬）2、表面熱處理提高表面硬度，或者在摩擦表面形成一層非金屬化合物，可以降低表面原子的結合力，同時降低表面摩擦系數(shù)。常見熱處理工藝有滲硫、滲氮、磷化、氰化等處理。103、降低摩擦副內(nèi)部的壓應力

實驗證明，粘著磨損量隨摩擦面法線方向應力增大而增加，應力超過材料硬度的1/3時，磨損量急劇增加，所以機件的允許使用壓應力應低于材料硬度值的1/3。4、適當降低表面粗糙度、溫度，改善潤滑條件

提高接觸面加工精度，接觸面冷卻與潤滑。11二、提高磨粒磨損機件的耐磨性1、表面熱處理

通過熱處理提高機件摩擦面的硬度能夠顯著改善機件的耐磨性。實際上，這種方法是通過提高表面抗磨粒損傷的性能改善耐磨性。如鋼淬火獲得馬氏體組織或下貝氏體組織。2、材料選擇（1）對于高應力沖擊載荷下的機件，應選擇高韌性和高加工硬化的材料，如高錳鋼Mn13。12（2）對于低應力沖擊載荷的機件，選擇經(jīng)過淬火回火熱處理的中碳合金鋼。3、采用滲碳、滲氮共滲等化學熱處理提高表面硬度4、機件防塵與清洗13§7.4金屬接觸疲勞1、基本概念

機件兩接觸面作滾動或滾動加滑動摩擦時，在交變接觸壓應力長期作用下，材料表面產(chǎn)生疲勞損傷，導致局部產(chǎn)生小片或小塊金屬剝落而使材料流失的現(xiàn)象。

特征：接觸面出現(xiàn)深淺不均勻的針狀或點狀凹坑或較大面積的表面壓碎。接觸疲勞曲線：σ接～N，σ接～1/N。2、接觸應力（赫茲應力）

兩物體接觸表面上產(chǎn)生的局部壓應力稱為接觸應力。軸承、齒輪、鋼軌、活塞等14接觸處的接觸應力為三向壓應力。接觸處σz>σy>σx，超過一定深度σz>σx>σy

相應的最大切應力為：∴在最大切應力處，材料易出現(xiàn)局部塑性變形153、接觸疲勞分類與機理（1）麻點剝落

剝落深度在0.2mm以下的小塊剝落稱為點蝕，點蝕外觀為針狀或點狀凹坑，截面呈不對稱V形。（2）淺層剝落

剝落深度為0.2-0.4mm，剝塊底部大致和表面平行，而且側面的一側與表面成銳角，另一側與表面垂直。

最大切應力處，塑化變形最劇烈，非金屬夾雜物附近萌生裂紋。表層、次表層產(chǎn)生了加工硬化。（3）深層剝落

深層剝落坑深度大于0.4mm，剝塊大。

過渡區(qū)是薄弱區(qū)，萌生裂紋，先平行于表面擴展，后垂直于表面擴展，最后形成大的剝落坑。16麻點剝落深層剝落淺層剝落齒輪鋼軌淺層剝落174、提高接觸疲勞壽命的途徑

內(nèi)部因素（1）非金屬夾雜物氧化鋁和鋁酸鹽降低接觸疲勞壽命；適當?shù)牧蚧铮ㄐ∮?0%）提高接觸疲勞壽命。采用電渣重溶、真空冶煉等給以降低非金屬夾雜物。（2）熱處理和組織結構

熱處理可以提高強度、硬度，材料抗拉強度越高，其變形與斷裂抗力越大，所以接觸疲勞壽命大。18（3）表面硬度和心部硬度在一定硬度范圍內(nèi)，接觸疲勞強度隨硬度升高而增大，但是如果表面硬度太大，在表面層下的硬度梯度過大，則容易在過渡區(qū)產(chǎn)生深層剝落。（4）殘余應力在滲碳層中一定范圍內(nèi)存在殘余壓應力，可以提高接觸疲勞壽命。19外部因素（1