摩擦與磨粒課件

材料的磨損⒈定義：由於機(jī)械作用間或伴有化學(xué)或電的作用，物體工件表面材料在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中不斷損耗的現(xiàn)象。⒉說明：⑴磨損不僅局限於機(jī)械作用⑵強(qiáng)調(diào)磨損是相對(duì)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的現(xiàn)象。⑶磨損發(fā)生在物體工作表面材料上。⑷磨損是不斷損失或破壞的現(xiàn)象?！?磨損的重要性與定義1.按機(jī)理一般分為：粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞磨損、沖蝕磨損、微動(dòng)磨損、衝擊磨損2.按磨損程度不同的相對(duì)的分類：輕微磨損、嚴(yán)重磨損3.表面破壞方式和磨損機(jī)理關(guān)係簡(jiǎn)圖§2磨損的分類輕微磨損嚴(yán)重磨損點(diǎn)蝕膠合微動(dòng)磨損鑿削式擦傷粘著磨損磨料磨損剝層磨損疲勞磨損電腐蝕磨損腐蝕或氧化磨損表面損壞方式磨損機(jī)理表面破壞方式和磨損機(jī)理關(guān)係簡(jiǎn)圖磨損時(shí)零件表面的損壞是材料表面單個(gè)微觀體體積損壞的總和目前磨損的評(píng)定方法沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)常見的三種方法：一、磨損量二、耐磨性三、磨損比§3磨損的評(píng)定方法評(píng)定材料磨損的基本磨損量：長度磨損量Wl：是指零件表面尺寸的改變量體積磨損量Wv：是指零件表面體積的改變量重量磨損量Ww：是指零件表面重量的改變量

磨損量磨損率Wt：表示其時(shí)間的特性磨損強(qiáng)度W：表示單位磨擦距離的磨損量磨損速度WT：表示機(jī)器完成一個(gè)單位工作量的磨損量考慮磨損是時(shí)間的函數(shù)耐磨性是指在一定工作條件下材料耐磨損的特性分相對(duì)耐磨性和絕對(duì)耐磨性兩種相對(duì)耐磨性ε：是指兩種材料A與B在相同的外部條件下磨損量的比值，其中材料A是標(biāo)準(zhǔn)（或參考）試樣εA=WA/WB--------WA和WB

一般用體積磨損量耐磨性通常也用絕對(duì)指標(biāo)W-1

或W-1.即用磨損量或磨損率的倒數(shù).W-1

=1/W或W-1

=1/W耐磨性使用最多的是體積磨損量的倒數(shù)絕對(duì)耐磨性和相對(duì)耐磨性的關(guān)係εA=WA×W-1磨損比沖蝕磨損過程中常用磨損比來度量磨損必須在穩(wěn)態(tài)磨損過程中測(cè)量，否則差別過大不論磨損量、耐磨性、磨損比都是在一定的實(shí)驗(yàn)條件或工況的相對(duì)指標(biāo)，不同實(shí)驗(yàn)條件或工況的數(shù)據(jù)不可比較。

沖蝕磨損概述沖蝕磨損：是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對(duì)材料表面進(jìn)行衝擊所造成的磨損。沖蝕磨損可分為：分氣固沖蝕、流體沖蝕、液滴沖蝕及氣蝕（根據(jù)顆粒及其攜帶介質(zhì)的不同）。沖蝕磨損現(xiàn)象在生產(chǎn)、生活中普遍存在。造成損失和危害嚴(yán)重，但也有應(yīng)用其原理對(duì)機(jī)器零件表面進(jìn)行清理和強(qiáng)化，如噴砂和噴丸等。國內(nèi)外研究工作開展較多，本課程主要介紹氣體介質(zhì)攜帶固體磨粒對(duì)材料表面的沖蝕磨損?！?沖蝕磨損理論影響較大的理論有：延性材料的切削磨損理論脆性材料的斷裂磨損理論變形磨損理論絕熱剪切與變形局部化磨損理論薄片剝落磨損理論一、延性材料的切削理論芬尼（Finnie.I.），1958，物理模型FPα切削幾何模型切削過程中作用在磨粒上的接觸應(yīng)力模型模型假設(shè)一顆多角形磨粒，品質(zhì)為m，以一定速度v，沖角α衝擊到靶材的表面。理論分析的靶材的磨損體積：m----沖蝕磨粒的品質(zhì)；v----磨粒的沖蝕速度V----靶材的磨損體積；P-----靶材的流動(dòng)應(yīng)力α-----磨粒的衝擊角；K-----常數(shù)磨粒如一把微型刀具，當(dāng)它劃過靶材表面時(shí)，變把材料切除而產(chǎn)生磨損。公式表明：材料的磨損體積與磨粒的品質(zhì)和速度的平方（即磨粒的動(dòng)能）成正比，與靶材的流動(dòng)應(yīng)力成反比，與沖角α成函數(shù)關(guān)係。實(shí)驗(yàn)研究表明：對(duì)於延性材料，多角形磨粒，小沖角的沖蝕磨損，切削模型非常適用；對(duì)於不很典型的延性材料（如一般的工程材料），脆性材料，非多角形磨粒（如球形磨粒），沖角比較大（特別是沖角=90°）的沖蝕磨損偏差較大。二、脆性材料的切削理論脆性材料在磨料衝擊下幾乎不產(chǎn)生變形。芬尼等人根據(jù)赫茲應(yīng)力分析，認(rèn)為是在缺陷的地方產(chǎn)生裂紋裂紋不斷擴(kuò)展而形成碎片剝落。當(dāng)磨粒尺寸較大時(shí)，磨損量隨沖角的增加而增加。當(dāng)沖角等於90°時(shí)，磨損量最大。模型謝爾登（Sheldon）和芬尼，1966，沖角為90°，脆性材料，沖蝕磨損，脆性材料的斷裂模型脆性材料（單位重量磨粒）沖蝕磨損量的運(yùn)算式對(duì)球形磨粒：對(duì)多角形磨粒：對(duì)任一形狀磨粒：E為靶材的彈性模量δb為材料的彎曲強(qiáng)度r為磨粒的尺寸v0為磨粒的速度m為材料缺陷分佈常數(shù)實(shí)驗(yàn)表明，幾種脆性材料的a和b實(shí)驗(yàn)值與理論值基本一致（如玻璃、MgO、石墨等）其中埃文斯（Evans）研究：脆性材料的沖蝕磨損體積V決定於靶材和磨粒的性質(zhì)，運(yùn)算式與實(shí)驗(yàn)吻合很好。沖蝕速度磨粒尺寸磨粒的密度靶材的斷裂韌性靶材的硬度三、變形磨損理論比特（Bitter），1963，提出：沖蝕磨損分為變形磨損與切削磨損；90°沖角下的沖蝕磨損是和粒子衝擊時(shí)靶材的變形有關(guān)。反復(fù)衝擊產(chǎn)生加工硬化，提高材料的彈性極限，直到應(yīng)力超過材料的硬度，形成裂紋。從能量角度出發(fā)，推導(dǎo)出變形磨損量WD和切削磨損量WC；WD=M（Vsinα-K）2/2εWc=×(Vsinα-2MC(Vsinα-K)2×(Vsinα）1/2C(Vsinα-K)2(Vsinα)1/2Q)M2Q[V2cos2α-K1(Vsinα-K)3/2α＜α0?。睛?W=WD+WCM為衝擊磨粒的品質(zhì)V為磨粒的速度；α為衝擊角；ε為變形磨損係數(shù)；Q為切削磨損係數(shù)；α0為兩式相等時(shí)的角度；C、K、K1都為常數(shù)該理論設(shè)想正確，並得到證實(shí)。謝爾登和凱希爾，1972，第一臺(tái)單顆粒沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)，2.5mm，SiC磨料、鋼球、玻璃球，直接觀察到磨痕形貌，衝擊坑邊緣的“擠出唇”，並很容易被後衝擊的磨粒打掉。四、絕熱剪切與變形局部化磨損理論哈青斯，1979，9.5mm，鋼球，270m/s，衝擊低碳鋼發(fā)現(xiàn)變形唇。在一個(gè)狹窄的帶狀區(qū)域變形非常嚴(yán)重。高速攝影機(jī)研究粒子衝擊過程，估算沖蝕時(shí)材料的應(yīng)變率高達(dá)105~107s-1。高應(yīng)變率導(dǎo)致很高溫升。首先是使變形過程絕熱化，其次是變形的局部化將形成絕熱剪切帶。哈青斯首先把絕熱剪切與變形局部化概念引入沖蝕磨損過程中。證明：鈦（哈青斯）、鋁（克裏帝曼）、銅（奎迪耳）、材料熔化現(xiàn)象（尤斯特和布朗）、20鋼（中國礦大）、火花現(xiàn)象、熔化的球狀磨屑現(xiàn)象（272頁照片）現(xiàn)在已經(jīng)得到普遍承認(rèn)，一些研究者並提出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。五、薄片剝落磨損理論萊維及其同事使用分步?jīng)_蝕實(shí)驗(yàn)法和單顆粒尋跡法研究沖蝕磨損的動(dòng)態(tài)過程。發(fā)現(xiàn)不論大沖角（如90°）還是小沖角的沖蝕磨損，由於磨粒的不斷衝擊，使靶材表面材料不斷受到前推後擠，於是產(chǎn)生小的、薄的、高度變形的薄片。形成薄片的大應(yīng)變出現(xiàn)在很薄的表面層中，該表面層由於絕熱剪切變形而被加熱到（或接近於）金屬的退火溫度，形成一個(gè)軟的表面層。在這個(gè)軟的表面層下麵，有一個(gè)由於材料塑性變形而產(chǎn)生的加工硬化區(qū)。這個(gè)硬的次表層一旦形成，將會(huì)對(duì)表面層薄片的形成起促進(jìn)作用。在反復(fù)的衝擊和擠壓變形作用下，靶材表面形成的薄片將從材料表面上剝落下來。理論得到許多研究者的贊同和證實(shí)。是當(dāng)前延性材料沖蝕磨損中一種比較有前途的磨損理論?！?影響沖蝕磨損的主要因素一、磨粒的影響⒈磨粒硬度的影響一般認(rèn)為沖蝕磨損量是磨粒硬度的函數(shù)⒉磨粒形狀的影響尖角形的磨粒比圓球形磨粒在同樣條件下產(chǎn)生更大的沖蝕磨損；圓球形磨粒沖蝕時(shí)，靶材以犁溝變形為主，多角形的磨粒沖蝕則以切削為主；磨料形狀對(duì)產(chǎn)生最大磨損的沖角有影響；延性材料產(chǎn)生最大磨損的沖角約為16~30°；但是脆性材料的與磨粒形狀關(guān)係不大。⒊磨粒尺寸的影響磨粒尺寸很小時(shí)，對(duì)沖蝕磨損影響不大；隨著磨粒尺寸的增加，靶材的沖蝕磨損也增大，當(dāng)尺寸增大到一定值時(shí)，磨損幾乎不在增加，這種現(xiàn)象稱為“尺寸效應(yīng)”。磨粒存在的臨界尺寸。對(duì)於脆性材料，隨沖角的增加，沖蝕磨損也增大，當(dāng)沖角為90°時(shí)，達(dá)到最大值。但當(dāng)磨粒尺寸減小到一定程度時(shí)，其磨損曲線發(fā)生變化，具有延性材料的特徵。對(duì)於延性材料無上述特徵。⒋磨粒破碎的影響磨粒在衝擊靶材表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量碎片。這些碎片能除去磨粒在以前衝擊時(shí)在靶材表面形成的擠出唇或翻皮，增加靶材的磨損。由於碎片造成的磨損稱為二次磨損。磨粒未形成碎片時(shí)造成的磨損稱一次磨損。沖蝕磨損是一次磨損與二次磨損的總和。⒌磨粒嵌鑲的影響在沖蝕磨損初期，由於磨粒嵌鑲於靶材的表面，因此靶材的磨損量很小，甚至不是產(chǎn)生失重而是增重，即產(chǎn)生負(fù)磨損，該階段稱為“孕育期”。一段時(shí)間（或沖蝕了一定量的磨粒）之後，當(dāng)靶材的磨損量大大超過嵌鑲量時(shí)，才變?yōu)檎p。隨沖蝕磨粒數(shù)量的增加，靶材的磨損量也穩(wěn)定增加，該階段稱為穩(wěn)定（態(tài)）沖蝕期。延性材料，尤其是沖角為90°時(shí)，磨粒更容易嵌鑲於靶材的基體，使靶材表面的性能變壞。脆性材料，尤其是球形磨粒時(shí)，難以嵌鑲，影響小。二、沖蝕速度的影響因?yàn)闆_蝕磨損量和磨粒的動(dòng)能有直接關(guān)係，沖蝕速度的影響很大。∈=KvnK是常數(shù)，v是沖蝕速度，n是速度指數(shù)，一般情況n=2~3，延性材料波動(dòng)小，n=2.3~2.4，脆性材料波動(dòng)大，n=2.2~6.5；存在速度門檻值，低於該值不產(chǎn)生沖蝕磨損，只發(fā)生彈性變形，該值與磨粒大小相關(guān)。三、沖角的影響沖角是指磨粒與靶材表面間的傾角；延性材料的沖蝕磨損開始隨沖角增加而增大，當(dāng)沖角為20~30°時(shí)，磨損量最大，之後隨沖角增加而減小。脆性材料則隨沖角增加，磨損量不斷增加，當(dāng)沖角為90°時(shí)，磨損最大。沖角對(duì)靶材的沖蝕磨損機(jī)制影響很大。低角度沖蝕，磨損機(jī)制以微切削和犁溝為主。高角度沖蝕，延性材料起初為鑿坑和塑性擠出，多次衝擊反復(fù)變形和疲勞，引起斷裂與剝落。脆性材料在大尺寸磨粒和大衝擊能量的垂直衝擊下，以產(chǎn)生環(huán)行裂紋和脆性剝落為主，往往一次衝擊就能使材料流失；但小尺寸磨粒、衝擊能量較小時(shí)，則具有四、溫度的影響一些情況，隨著環(huán)境溫度的升高，沖蝕磨損加??；某些材料高溫下，塑性提高，耐磨性也隨之提高，或者在高溫下，材料表面可能形成氧化膜，都會(huì)使沖蝕磨損量隨溫度升高而減小。五、靶材的影響⒈宏觀硬度的影響⒉加工硬化的影響⒊材料組織的影響§3沖蝕磨損的實(shí)驗(yàn)裝置幾種主要的固體粒子沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)裝置一、真空落下式實(shí)驗(yàn)裝置二、離心式粒子加速實(shí)驗(yàn)裝置三、真空旋臂式?jīng)_蝕磨損實(shí)驗(yàn)裝置四、噴射式?jīng)_蝕磨損實(shí)驗(yàn)裝置§4漿體沖蝕磨損液體介質(zhì)攜帶固體粒子以一定的角度和速度對(duì)材料表面進(jìn)行衝擊，使材料表面產(chǎn)生磨損的現(xiàn)象稱為漿體（液體—固體）沖蝕磨損。例如：泥漿泵中泥漿對(duì)泵體和葉輪的磨損。研究迄今尚不深入；一般認(rèn)為沖速不高的漿體沖蝕磨損主要是由其中的固體磨粒造成的。但漿體中液相存在必然有一定影響。與固體粒子沖蝕磨損的差異⒈沖蝕速度和沖蝕角⒉漿體的沖刷作用⒊漿體的冷卻作用與固體粒子沖蝕磨損規(guī)律的比較⒈沖蝕角和沖蝕磨損率的關(guān)係⒉沖蝕速度與速度指數(shù)⒊漿體性質(zhì)對(duì)沖蝕磨損的影響⒋靶子材料的影響與固體粒子沖蝕磨損的差異⒈沖蝕速度和沖蝕角⒉漿體的沖刷作用⒊漿體的冷卻作用與固體粒子沖蝕磨損規(guī)律的比較⒈沖蝕角和沖蝕磨損率的關(guān)係⒉沖蝕速度與速度指數(shù)⒊漿體性質(zhì)對(duì)沖蝕磨損的影響⒋靶子材料的影響

腐蝕磨損§1氧化磨損一、氧化磨損過程二、氧化磨損方程三、氧化膜性質(zhì)對(duì)磨損的影響⒈氧化膜與基體金屬的體積比⒉氧化膜硬度H0與金屬硬度Hm之比①H0＞＞Hm②H0≈Hm③H0和Hm都很高時(shí)，⒊氧化膜的機(jī)械性能⒋氧化膜與工作環(huán)境的關(guān)係一、磨損過程二、影響因素⒈腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)、溫度與零件應(yīng)力狀態(tài)的影響⒉材料性質(zhì)的影響

§2特殊介質(zhì)中的腐蝕磨損一、電化學(xué)腐蝕二、鋼鐵在含氧水中的腐蝕磨損⒈濕腐蝕⒉電位差是濕氧化的動(dòng)力⒊氧化率§3電化學(xué)腐蝕磨損三、影響因素⒈金屬⒉溫度一、磨料磨損二、腐蝕三、衝擊

§4腐蝕磨料磨損

減摩材料和摩阻材料按工況條件和使用要求摩擦副材料分3大類：耐磨材料、減摩材料、摩阻材料。⑴應(yīng)具有低而穩(wěn)定的摩擦係數(shù)；⑵減摩材料本身耐磨性要好，且對(duì)與之摩擦部件的磨損也要小。此外，要有良好的抗粘著性和良好的磨合性。⑶摩擦副要承受一定負(fù)荷，所以要求減摩材料具有一定的抗塑性變形能力、較高的疲勞強(qiáng)度和衝擊韌性。§1減摩材料對(duì)減摩材料性能的要求⑷應(yīng)具有一定的熔點(diǎn)，高的導(dǎo)熱性和熱容量，熱膨脹係數(shù)小，對(duì)油膜的吸附性強(qiáng)，抗腐蝕性好。⑸應(yīng)具有良好的工藝性能，且生產(chǎn)工藝應(yīng)簡(jiǎn)單易行，造價(jià)低。對(duì)減摩材料性能的要求⑴軸承合金⑵粉末冶金⑶金屬塑膠⑷金屬纖維⑸化學(xué)滲減摩層⑹非金屬減摩材料按構(gòu)成物質(zhì)和製造方法，減摩材料分：①巴氏合金：錫基巴氏合金、鉛基巴氏合金②銅基和鋁基：銅基軸承合金、鉛基軸承合金1.軸承合金§2摩阻材料⑴應(yīng)有足夠而穩(wěn)定的摩擦係數(shù)，靜、動(dòng)摩擦係數(shù)之差要小，且摩擦係數(shù)基本不隨外界條件變化而變化。⑵應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性，較大的熱容量，有一定的高溫機(jī)械強(qiáng)度。⑶應(yīng)有良好的耐磨性，且不易被劃傷摩擦配偶件的表面以及與之嚴(yán)重粘著。磨合性好，在摩擦過程中噪音、振動(dòng)小。⑷原料來源應(yīng)充足，工藝簡(jiǎn)單易行，造價(jià)低。一、對(duì)摩阻材料性能的要求分為：金屬型（鑄鐵、粉末冶金摩阻材料）非金屬型（石棉、橡膠）及半金屬型。二、常用金屬摩阻材料

接觸疲勞磨損主要由於交變接觸應(yīng)力長期作用而引起的表面疲勞剝落現(xiàn)象，稱為接觸疲勞磨損。接觸疲勞磨損失效的主要形式有點(diǎn)蝕和剝落。即在原來光滑的表面上產(chǎn)生深淺不同的凹坑（也稱麻點(diǎn)）和較大面積的剝落坑。點(diǎn)蝕坑表面形貌常為“扇形”剝落裂紋一般從亞表層開始，沿與表面平行的方向擴(kuò)展，最後形成片狀的剝落坑?！?接觸疲勞磨損理論一、載荷與幾何形狀的影響二、材料性質(zhì)的影響⒈表面粗糙度的影響⒉材料硬度和匹配的影響⒊熱處理和組織的影響⒋材料冶金品質(zhì)的影響三、其他因素的影響

§2影響接觸疲勞磨損的主要因素§3接觸疲勞磨損的檢測(cè)

金屬表面的接觸§1接觸表面的相互作用

接觸位置兩個(gè)表面相應(yīng)微凸體高度之和的最大值部分開始接觸變形彈塑性變形狀態(tài)，成對(duì)最高的微凸體變形最大粘著作用粘著點(diǎn)---面積小應(yīng)力大---分子相互作用

機(jī)械相互作用以變形和位移適應(yīng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)

摩擦副分類（按金屬焊合性）完全焊合性：Pb-Cu、Zn-Cu、Al-Cu、Cu-Fe、Mg-Al、Mg-Cu；部分焊合性：Cu-Ag、Zn-Fe、Al-Fe、Zn-Al、Zn-Ti、Al-Ti；有限焊合性：Ag-Zr、Pb-Fe、Ag-Fe、Mg-Fe；

機(jī)械相互作用發(fā)生變形和位移以適應(yīng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)較硬的材料的微凸體會(huì)嵌入較軟材料的表面中，較軟材料的表面微凸體被壓扁和改變形狀。

運(yùn)動(dòng)方向AB微凸體互嵌——微凸體不發(fā)生變形就不能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)宏觀位移——在運(yùn)動(dòng)中硬球A壓向較軟的表面B時(shí)引起材料B的位移§2接觸面積

分類：名義接觸面積-----------An即接觸面積的宏觀面積，由接觸物體的外部尺寸決定，又稱表觀接觸面積。輪廓接觸面積---------Ap即物體的接觸面積被壓扁部分所形成的面積，與載荷相關(guān)。實(shí)際接觸面積-----------Ar即物體實(shí)際接觸面積的總和

實(shí)際接觸面積與所加載荷的關(guān)係K為與材料彈性性質(zhì)和假設(shè)的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)的係數(shù)；m依表面接觸模型而異；表面接觸的形式愈複雜，實(shí)際接觸面積與載荷愈接近線形關(guān)係。兩個(gè)固體表面接觸時(shí)，Ar僅為An的很少一部分，一般為0.01~0.1%，而Ap一般為An的5~15%。Ar=KLm理查德Archard實(shí)際接觸面積與載荷的關(guān)係

微凸體等高的情況：假設(shè)：粗糙表面、微凸體、半徑為R、球面弓形體、載荷影響?yīng)毩?、基?zhǔn)平面xx′、高度相等、單位名義面積的光滑平面。

xx′zd彈性接觸

實(shí)際接觸面積Ai比An小名義接觸面積接觸半徑δ為法向接近量原因：加載時(shí)彈性球的側(cè)向變形受到限制。故實(shí)際接觸面積Ai比An小。

按赫茲理論計(jì)算每個(gè)微凸體各個(gè)微凸體發(fā)生相同變形並承受相同載荷Li，當(dāng)單位面積有n個(gè)微凸體，總載荷L為nLi（z-d）為法向接近量Ｅ′綜合彈性模量、υ為泊松係數(shù)

實(shí)際接觸面積與載荷的關(guān)係塑性接觸假設(shè)載荷使微凸體在一恒定流動(dòng)壓力p下發(fā)生塑性變形，材料作垂直向下的位移而不作水準(zhǔn)擴(kuò)展。則實(shí)際接觸面積Ar等於名義接觸面積2πRδ實(shí)際接觸面積Ar與載荷成線形關(guān)係載荷可表示：§3接觸力學(xué)

1.接觸模型分類：3種球面與球面的接觸球面與平面的接觸棒與棒的接觸

所有金屬表面都是由很多微凸體組成，而微凸體可以看作微小的球體，所以平直物體的接觸可以看作粗糙球面接觸。

1第一、二種模型：車輪、滾動(dòng)軸承、齒輪接觸第三種模型：只適用於微凸體數(shù)目較多且彼此大小相近的情況，如機(jī)床導(dǎo)軌、銼刀與平面的接觸2.接觸應(yīng)力分析

2.1球面與球面的接觸假設(shè)：兩球體接觸，半徑R1，R2，壓力L，表面局部彈性變形，形成半徑為a的圓形接觸面。LR1R22a接觸應(yīng)力：壓力經(jīng)過接觸面?zhèn)鬟f到第二個(gè)表面而在接觸面上形成的應(yīng)力，是一種表面應(yīng)力。接觸面壓力分佈不均勻，呈橢圓分佈。

赫茲假定：（1）材料為完全彈性體（2）表面是光滑的（3）接觸物體沒有相對(duì)滾動(dòng)（4）接觸物體不傳遞切向力

當(dāng)兩球?yàn)殇撉驎r(shí)，E1=E2=E，υ1=υ2=0.3綜合曲率半徑R滿足：最大接觸應(yīng)力位於接觸圓面的中心；而r=a處，應(yīng)力為零。

2.2球面與平面的接觸令接觸兩球中的一球半徑R2趨於無窮大設(shè)圓球面積為R0LO·2a彈性壓入面積壓縮應(yīng)力2.3

圓球面與凹球面的接觸

在接觸兩球中，令凹球半徑為-R2。可看作球面與凹球面的接觸。

最大的剪應(yīng)力τmax在x=0處，且離表面0.47a的材料內(nèi)部。如o點(diǎn)。兩個(gè)鋼制圓柱體接觸

平均壓力q=L/s，s為圓柱體長。

在彈性變形時(shí)，最大接觸壓應(yīng)力與載荷不成線形關(guān)係，而是與載荷的平方根或立方根成正比①應(yīng)力和載荷成非線形關(guān)係；②應(yīng)力與材料的彈性模量E和泊松係數(shù)υ有關(guān)

2.5接觸應(yīng)力的特徵3種接觸情況只是綜合曲率半徑R的意義不同，起最大接觸應(yīng)力的運(yùn)算式是完全相同的。而且，最大接觸應(yīng)力是在表面上，位於接觸面中心?！?接觸變形

球體和平面的接觸為例載荷L，半徑R的球體，剛性平面，彈性接觸，球體彈性變形。

1.變形量：2.實(shí)際接觸面積：

彈性接觸3.平均接觸應(yīng)力：

時(shí)由彈性變形進(jìn)入塑性變形。

當(dāng)Ｈ－材料布氏硬度4.塑性變形的條件：過渡點(diǎn)：由完全彈性到完全塑性

同除Rs1/2得：Ｒs－微凸體高度均方根5.塑性指數(shù)：通常將的倒數(shù)稱為塑性指數(shù)，用ψ表示。ψ－塑性指數(shù)（無量綱）Ｅ―綜合彈性模量（Ｎ／cm２）Ｈ－材料布氏硬度（Ｎ／cm２）Ｒs－微凸體高度均方根（μm）Ｒ－微凸體曲率半（μm）表面粗糙度Rs增加時(shí)，ψ也增大，表示微凸體接觸部分容易過渡到塑性變形。ψ<0.6―――完全彈性接觸ψ>10―――完全塑性接觸0.6≤ψ≤10―――彈性和塑性變形同時(shí)存在大多數(shù)都屬第三種6.依據(jù)ψ判斷表面接觸狀態(tài)

金屬表面特性§1

金屬表面幾何形狀固體的表面性質(zhì)表面形貌：表面的形狀表面組成：表面結(jié)構(gòu)和物理、化學(xué)性質(zhì)微凸體：…凸起的波峰……表面幾何形狀誤差用表面波紋度、表面粗糙度描述1.表面波紋度又稱宏觀粗糙度是零件表面週期性重複出現(xiàn)的一種幾何形狀誤差。減少零件實(shí)際支承表面面積，在動(dòng)配合中使零件磨損加劇。波高h(yuǎn)：波峰與波谷之間的距離。波距s：相鄰兩波形對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離。

h/s≈1：40

；s一般1~10mm

表面形貌輪廓微凸體xmm樣品長度l中線：實(shí)體面積=空間面積空間實(shí)體Zi2.表面粗糙度又稱微觀粗糙度，無明顯的週期性波距s較短（約2~800μm）波高h(yuǎn)較?。s0.03~400μm

）表面粗糙度越低，則表面越光亮。評(píng)定指標(biāo)：Ra---輪廓算術(shù)平均偏差、Rq---輪廓均方根偏差Rz---微觀不平度十點(diǎn)高度、Ry---輪廓最大高度。

輪廓算術(shù)平均偏差Ra中線m：實(shí)體面積＝空間面積

Zi—以中線為起點(diǎn)度量出的廓形高度n—在樣品標(biāo)準(zhǔn)長度l內(nèi)的測(cè)量次數(shù)l—隨粗糙度而定，粗糙度等級(jí)不同，l值不同輪廓均方根偏差Rq輪廓圖形上各點(diǎn)和中線之間距離平方的平均值的平方根Zi大的點(diǎn)比重大，能高度反映粗糙度Ra≈0.8Rq

微觀不平度十點(diǎn)高度Rz是在標(biāo)準(zhǔn)長度l內(nèi)五個(gè)最高的輪廓峰高的平均值與五個(gè)最低的輪廓穀深的平均值之和

hpi—第i個(gè)最高的輪廓峰高h(yuǎn)vi—第i個(gè)最低的輪廓穀深輪廓最大高度Ry是表面經(jīng)常出現(xiàn)的微觀不平度的最大高度。即在標(biāo)準(zhǔn)取樣長度內(nèi)輪廓頂線和輪廓穀底線之間的距離。一般取若干段，求Ry的平均值，避免出現(xiàn)用R偶然代替

Ry相互換算（在一定程度上）

表面Rq/Ra

Rz/Ra

Ry/Ra

車削磨削研磨隨機(jī)統(tǒng)計(jì)1.10~1.151.18~1.301.30~1.501.254~55~7----

----4~57~147~148.03.表面輪廓高度的分佈

以表面輪廓中線為x軸，在標(biāo)準(zhǔn)長度l內(nèi)，每隔一定距離Δl，測(cè)量輪廓圖形距參考中線的高度Z1、Z2、……Zi然後求出同一Z值的個(gè)數(shù)，作為該高度的縱標(biāo)頻數(shù)。微凸體高度分佈微凸體高度分佈曲線表面粗糙度越低，曲線越接近正態(tài)分佈

ΔlZ1Z2ZiZx頻率磨削表面輪廓高度分佈曲線

-075-05–02500.250.50.75高度z（μ）80604020頻率§2支承面積曲線能表示粗糙表層的微凸體的高度分佈表示表面磨損到一定程度時(shí)，支承面積的大小主要用於計(jì)算實(shí)際接觸面積簡(jiǎn)便起見，一般用二維作圖法求支承面積曲線

llx3x2x1a1a2a3b1b2c1c2c3a1c1a2b2c2a3b3c3理想支承面積曲線輪廓支承長度率tptp=(a+b+c+……)/ltp=Ax/A0tp=bxν(近似逼近支承面積開始的一小段)Ax—距峰頂為x處的支承面積

A0—距峰頂為Ry處的支承面積

x—距峰頂?shù)木嚯xB、ν—支承面積曲線參數(shù)，實(shí)測(cè)或計(jì)算獲得支承面積曲線即輪廓支承長度率是所有縱坐標(biāo)分佈曲線的累計(jì)分佈，由於大多數(shù)工程表面輪廓高度都接近正態(tài)分佈支承面積曲線可表示為

Z為從中線開始測(cè)量的輪廓高度ψ（z）為輪廓高度分佈的概率密度函數(shù)輪廓圖形的高度層按支承面積大小將輪廓圖形分為三個(gè)高度層<25%-----為波峰，為最高層25%~75%------為波中，為中間層>75%--------為波谷，為最低層

波峰與摩擦磨損有很大關(guān)系波谷與潤滑情況下貯油性有關(guān)

§3金屬的表面結(jié)構(gòu)

金屬的晶體結(jié)構(gòu)面心立方晶胞fcc銅、銀、金、鋁、鎳、鉛、銠、γ鐵、…….體心立方晶胞bcc釩、鈮、鉬、鉻、鋇、α鐵、α鎢……密排六方晶胞hcp鎂、鋅、鎘、鋯、α鈹、α鈦、α鈷

表面晶體結(jié)構(gòu)及缺陷

點(diǎn)缺陷肖脫基空位、弗蘭克爾空位線缺陷位錯(cuò)---刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合位錯(cuò)面缺陷介面

固態(tài)金屬材料的重要介面表面指所研究的金屬材料系統(tǒng)與周圍氣相或液相介質(zhì)的接觸面。晶界、亞晶界指多晶體材料內(nèi)部，結(jié)構(gòu)及成分相同，而位向不同的兩部分晶體之間的介面。相界指晶體內(nèi)部，結(jié)構(gòu)不同，甚至成分也不同的兩部分晶體之間的介面§4表面能與表面張力

表面能大小與晶格類型有關(guān)隨結(jié)合鍵能增加而增加。根據(jù)結(jié)合鍵能可以預(yù)計(jì)斷開一個(gè)粘著接點(diǎn)所需的能量。表面自由能指晶體表面的單位面積自由能的增加，J/m2也可以用單位長度的表面張力（N/m）來表示。表面張力作用與表面上，力圖使表面縮小。低表面能的晶面暴露在晶體的外表面晶體中各個(gè)晶面能不相同密排面的表面能較小（因?yàn)閷用骈g距較大）。表面能愈低的面，摩擦也越小。§5金屬表面的化學(xué)性質(zhì)

物理吸附由於分子或原子相互吸引而產(chǎn)生的吸附。吸附能力較弱，對(duì)溫度敏感，熱量可使分子脫吸一般能量小於104J/mol。一般是在常溫、低速、輕載條件形成。吸附和脫吸是完全可逆

化學(xué)吸附

吸附膜與固體表面之間發(fā)生電子互換或存在共用電子對(duì)。吸附膜與固體表面的結(jié)合力強(qiáng)。穩(wěn)定，不可逆，高溫下才脫吸。一般是在中等載荷、中等滑動(dòng)速度及中等溫度下形成。吸附強(qiáng)弱與固體表面和被吸附物質(zhì)的特性有關(guān)。基本是一單層過程。氧化金屬表面在加工過程中，新生表面一旦暴露，很快與空氣中的氧起化學(xué)反應(yīng)，形成金屬氧化膜

Fe2O3Fe3O4FeOFe§6金屬表層的組成

普通髒汙層---油污或灰塵吸附層----大氣中液體或氣體分子吸附膜氧化層---金屬表面與空氣中的氧形成氧化物層。貝氏層---由於急加工中表面熔化和表面分子層的流動(dòng)。變形層----由於機(jī)加工而形成的變質(zhì)層。普通髒汙層吸附層氧化層貝氏層嚴(yán)重變形層輕度變形層金屬表層的組成

摩擦§1摩擦的定義及分類一、定義：摩擦力：兩個(gè)相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生切向的運(yùn)動(dòng)阻力。摩擦：上述現(xiàn)象稱為～。外摩擦：摩擦與兩物體接觸部分的表面相互作用有關(guān)，而與物體內(nèi)部狀態(tài)無關(guān)，稱為～內(nèi)摩擦：阻礙同一物體（如液體和氣體）部分間相對(duì)移動(dòng)的摩擦。二、分類：

1.按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)①靜摩擦：靜摩擦力隨作用於物體的外力變化而變化。當(dāng)外力克服了最大靜摩擦力時(shí)，物體才開始宏觀運(yùn)動(dòng)。②動(dòng)摩擦：一個(gè)物體沿另一物體表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦。動(dòng)摩擦力一般小於靜摩擦力。2.按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)①滑動(dòng)摩擦：物體接觸表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦。②滾動(dòng)摩擦：在力矩作用下，物體沿接觸表面滾動(dòng)時(shí)的摩擦。3.按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)①純淨(jìng)摩擦：摩擦表面沒有任何吸附膜或化合物存在時(shí)的摩擦。在接觸表面產(chǎn)生塑性變形（表面膜破壞）或在真空中摩擦?xí)r才發(fā)生。②幹摩擦：在大氣條件下，摩擦表面間沒有潤滑劑存在時(shí)的摩擦。③流動(dòng)摩擦：相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩物體表面完全被流體隔開時(shí)的摩擦。摩擦發(fā)生在流體內(nèi)部，流體可以是液體或氣體。④邊界摩擦：摩擦表面間有一層極薄的潤滑膜存在時(shí)的摩擦。該膜稱為邊界膜，厚度大約為0.01μm或更薄。⑤混合摩擦：屬於過渡狀態(tài)的摩擦。如：半幹摩擦，半流體摩擦。半幹摩擦：同時(shí)有邊界摩擦和幹摩擦的情況。半流體摩擦：同時(shí)有流體摩擦和邊界摩擦的情況4.按摩擦副工作條件①正常工況條件下摩擦②特殊工況條件下摩擦現(xiàn)代機(jī)器設(shè)備中的摩擦副很多處於高速、低溫、真空、輻射等特殊環(huán)境下，其摩擦磨損的性能也各具特點(diǎn)。

§2古典摩擦定律二、古典摩擦定律①摩擦力與作用與摩擦面的法向載荷成正比，（庫侖定律）②摩擦力的大小與名義接觸面積無關(guān)③靜摩擦力大於動(dòng)摩擦力④摩擦力的大小與滑動(dòng)速度無關(guān)⑤摩擦力的方向總與接觸表面間的相對(duì)速度的方向相反。一、歷史淵源：古典摩擦定律片面性分析①第一條：當(dāng)法向壓力不大時(shí)，對(duì)於普通材料，摩擦力與法向載荷成正比，即摩擦係數(shù)為常數(shù)。實(shí)際上，摩擦係數(shù)是與材料和環(huán)境條件有關(guān)的綜合特性係數(shù)。當(dāng)法向壓力大時(shí)，對(duì)於某些極硬材料（如鑽石）或軟材料（如聚四氯乙烯）摩擦力與法向載荷不呈線性比例。②第二條：對(duì)於有一定屈服點(diǎn)的材料（如金屬）才能成立。對(duì)於彈性材料（如橡膠）或粘彈性材料（如某些聚合物），摩擦力與名義接觸面積大小有關(guān)。對(duì)於很潔淨(jìng)、很光滑的表面或承受載荷很大時(shí)，接觸面間有強(qiáng)烈分子引力，摩擦力和名義接觸面積成正比。③第三條：對(duì)於粘彈性材料都不適用。粘彈性材料的靜摩擦係數(shù)不一定大於動(dòng)摩擦係數(shù)。④第四條：對(duì)於很多材料，摩擦係數(shù)和滑動(dòng)速度有關(guān)。在15至18世紀(jì)還沒有出現(xiàn)現(xiàn)代的高速機(jī)器?！?滑動(dòng)摩擦古典摩擦定律是在滑動(dòng)摩擦的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的。滑動(dòng)摩擦理論一般把純淨(jìng)表面間的幹摩擦作為一種理想的摩擦狀態(tài)。

一、滑動(dòng)摩擦理論1.機(jī)械嚙合理論（18世紀(jì)以前）觀點(diǎn)：摩擦表面凹凸不平，凹凸部分交錯(cuò)嚙合，阻礙物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)。摩擦力是所有嚙合點(diǎn)的切向阻力的總和。摩擦係數(shù)為粗糙斜角θ的正切，表面越粗糙，摩擦係數(shù)越大。不適用粗糙度達(dá)到表面分子引力發(fā)生作用的情況（如超精加工）。1919年哈迪實(shí)驗(yàn)：對(duì)經(jīng)過研磨達(dá)到凸透鏡程度的光潔表面和粗糙加工表面進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)前者的摩擦力大，且擦傷痕寬，表面破壞嚴(yán)重。2.分子理論（湯姆林遜假說）觀點(diǎn)：在平衡狀態(tài)時(shí)，固體原子間的排斥力和內(nèi)聚力相中和。但是，當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，一個(gè)物體內(nèi)的原子可能和第二個(gè)物體的原子足夠靠近以致於進(jìn)入斥力場(chǎng)中。此時(shí)，兩表面分開會(huì)造成能量的損失，並以摩擦阻力的形式出現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)方向x１２３AAe設(shè)一表面對(duì)另一表面移動(dòng)x，則機(jī)械功為μPx，P為兩表面間總力，P=n0P0，其P0為接觸點(diǎn)平均斥力，n0為介面接觸原子數(shù)。E為原子碰撞能量損耗的平均值，設(shè)距離x中遭遇次數(shù)為n，則總能量損耗為nE，另外，a為概率因數(shù)，小於1。

結(jié)論：表明摩擦係數(shù)與摩擦副材料本身的性質(zhì)有關(guān)。3.分子機(jī)械理論（1939年，克拉蓋爾斯）觀點(diǎn)：摩擦不僅取決於兩個(gè)接觸面間的分子作用，還取決於因粗糙面微凸體的犁溝作用而引起的接觸體形貌畸變。

分析：分子相互作用發(fā)生在極表層中，可觸及到固體表層幾百微米的深度。機(jī)械相互作用發(fā)生在固體本身厚度為幾十微米和更厚的各層中。由於兩者發(fā)生部位不同，可以把分子阻力和機(jī)械阻力近似相加。結(jié)論（摩擦分量的可加性已得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）分子分量和機(jī)械分量所占比率取決於載荷、表面粗糙度和波紋度、機(jī)械性能、摩擦副的分子特性及接觸條件。比值可在很大範(fàn)圍變化。表面粗糙度或載荷增加，機(jī)械分量增大。流變性能表現(xiàn)愈突出，機(jī)械分量越大。對(duì)於十分光滑表面，其變形分量很小，機(jī)械分量可以忽略不記（在彈性接觸情況下）分子機(jī)械理論既適用於幹滑動(dòng)摩擦，也適用於邊界摩擦。推論4.粘著摩擦理論（鮑登和泰伯

）觀點(diǎn)：兩金屬表面在摩擦過程中，會(huì)形成大於分子量級(jí)的金屬接點(diǎn)，並在接點(diǎn)處發(fā)生剪切。此外，如果一個(gè)表面比另一個(gè)表面硬，則較硬表面的凸點(diǎn)會(huì)在較軟表面上產(chǎn)生犁溝。因此，摩擦阻力可用剪切過程和犁溝過程兩項(xiàng)之和表示。分析：在無潤滑情況下，大多數(shù)金屬的犁溝項(xiàng)與剪切項(xiàng)相比很小，可忽略。當(dāng)金屬表面相互壓緊時(shí)，它們僅在微凸體頂端接觸，實(shí)際接觸面積很小，接觸著的微凸體上壓力很高，引起塑性變形。塑性流動(dòng)使接觸面積增大到實(shí)際接觸面積能支承載荷為止。①簡(jiǎn)單粘著摩擦理論σy—金屬屈服應(yīng)力

Ar—實(shí)際接觸面積

L—法向載荷結(jié)果：由於金屬間緊密接觸區(qū)發(fā)生牢固粘著，接點(diǎn)發(fā)生冷焊。摩擦力等於實(shí)際接觸面積與接點(diǎn)材料的乘積；摩擦係數(shù)為接點(diǎn)材料剪切強(qiáng)度與材料屈服強(qiáng)度的比值。摩擦力與表觀接觸面積無關(guān)；摩擦力與法向載荷成正比。表明：認(rèn)為材料是理想彈塑性體，忽略加工硬化影響。可取τ=τ0（臨界剪切應(yīng)力）而σy與τ0為兩種金屬中較軟者得出：推論：對(duì)於大多數(shù)金屬，τ0/比值相差不多，σy=5τ0在硬金屬上鍍覆一層軟金屬可降低摩擦係數(shù)（因?yàn)椋d荷有母材承擔(dān)，對(duì)應(yīng)σy剪切發(fā)生在鍍覆軟金屬層，對(duì)應(yīng)τ0、μ值較小。）②修正的粘著摩擦理論Ⅰ、粘著接點(diǎn)長大現(xiàn)象：在滑動(dòng)時(shí)，因切向力作用，材料的屈服是σ和τ的合成，當(dāng)逐漸加大到τy，粘著點(diǎn)發(fā)生塑性流動(dòng)，使接觸面積增大產(chǎn)生接點(diǎn)增大。Ar=A+ΔA（實(shí)際接觸面積）

如：在高真空裏潔淨(jìng)金屬表面嚴(yán)重粘著，理論摩擦係數(shù)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不符。說明：真空中，潔淨(jìng)表面摩擦，由於切向力作用，粘著接點(diǎn)增大，實(shí)際接觸面積增加，因而摩擦係數(shù)增大。舉例：假定：⑴實(shí)際接觸面積是由塑性變形決定的；⑵兩個(gè)接觸表面是被一個(gè)剪切強(qiáng)度較低的膜隔開；⑶摩擦力是剪切膜所需的力。Ⅱ、污染膜的影響結(jié)果：τf為介面污染膜的剪切強(qiáng)度；σy為金屬本體的屈服強(qiáng)度某些情況，由於表面污染膜的破壞，金屬與金屬直接接觸，介面的有效剪切強(qiáng)度介於較軟金屬表面剪切強(qiáng)度和表面污染膜的剪切強(qiáng)度之間。故摩擦係數(shù)決定於金屬對(duì)金屬和金屬對(duì)污染膜摩擦?xí)r實(shí)際接觸面積所占比例。摩擦副在空氣中，大多數(shù)金屬表面被薄的氧化膜所覆蓋。當(dāng)剪切力τ0達(dá)到污染膜剪切強(qiáng)度τf，表面膜被剪斷，摩擦副開始滑動(dòng)。結(jié)論與簡(jiǎn)單摩擦理論中的軟金屬膜在硬基體上的摩擦係數(shù)運(yùn)算式一致。討論說明：當(dāng)硬金屬粗糙表面在軟金屬表面滑動(dòng)時(shí)，硬金屬上的微凸體可能壓入軟金屬表面使之產(chǎn)生塑性變形，並劃出溝槽。此時(shí)，摩擦力中的犁削項(xiàng)是主要項(xiàng)。在磨粒磨損過程中，是摩擦力主要分量。Kp：由於摩擦?xí)r犁溝前方材料的壓皺和積聚，使A2大大增加。同時(shí)，考慮各向同性假設(shè)的不完全性等誤差，在μp前加以係數(shù)Kp。一般隨相對(duì)硬度的減小，係數(shù)Kp隨之增大。

Ⅲ、犁溝分量ddFA1A2滑動(dòng)方向金屬圓錐：載荷支承面積：溝槽面積：假定：塑性屈服的金屬各向同性，屈服壓力為σy，則載荷摩擦阻力因而，有犁溝引起的摩擦係數(shù)μp為二、影響滑動(dòng)摩擦的因素1.金屬性質(zhì)2.粗糙度3.溫度4.速度5.表面膜Ⅰ、同一或類似的金屬或有可能形成固溶合金的金屬，摩擦較嚴(yán)重。Ⅱ、不同金屬或低親和力的金屬組成的摩擦副摩擦係數(shù)較低。Ⅲ、單相合金的性質(zhì)象純金屬，摩擦性能一般與主要組元相似。Ⅳ、多相合金（如Cu-Pb軸承合金）情況較複雜，當(dāng)含少量軟相時(shí)，摩擦係數(shù)較低，原因是軟相能塗抹在合金表面充當(dāng)潤滑劑。1.金屬性質(zhì)Ⅰ、非常粗糙表面出現(xiàn)高的摩擦係數(shù)。因?yàn)榛瑒?dòng)時(shí)，一個(gè)表面必須越過另一表面的駝峰Ⅱ、非常光滑表面的摩擦係數(shù)更大。因?yàn)檎鎸?shí)接觸面積增大，表面間分子作用加強(qiáng)。2.粗糙度粗糙度μⅠ、溫度升高兩金屬摩擦副的可焊性增加，強(qiáng)度降低，表面氧化。Ⅱ、高溫下兩金屬摩擦副的摩擦特性取決於其高溫強(qiáng)度、可焊性以及所形成的表面膜Ⅲ、一般金屬摩擦副的摩擦係數(shù)隨溫度升高而下降，但變化不大。（金-金摩擦副不同）3.溫度1882年，德國學(xué)者，弗蘭克，μ0——靜摩擦係數(shù)，v——速度，c——常數(shù)?？死w爾斯基等人，0.004~25m/s，0.0008~0.17Mpa，摩擦實(shí)驗(yàn)：⑴當(dāng)速度增大，摩擦係數(shù)通過一個(gè)最大值。⑵當(dāng)壓力增大，該最大值對(duì)應(yīng)於最小的速度值。4.速度金屬表面常覆蓋有氧化膜、吸附氣體膜及其他形式的污染膜。Ⅰ、有潤滑的摩擦係數(shù)均小於無潤滑的摩擦係數(shù)。Ⅱ、表面存在各種薄膜時(shí)，膜的剪切強(qiáng)度一般小於金屬，同時(shí)摩擦發(fā)生在膜內(nèi)，使摩擦表面不易發(fā)生粘著，使摩擦係數(shù)降低。Ⅲ、膜的厚度對(duì)摩擦係數(shù)影響很大。摩擦係數(shù)隨氧化膜厚加大而增大。5.表面膜§4滾動(dòng)摩擦F0ORO1沿平面滾動(dòng)的物體計(jì)算簡(jiǎn)圖一、基本概念一類傳遞很大切向力，如機(jī)車主動(dòng)輪。另一類傳遞較小的切向力，通常稱為“自由滾動(dòng)”。1.無滑動(dòng)滾動(dòng)（純滾動(dòng)）轉(zhuǎn)過角度φ後，輪軸相對(duì)於基礎(chǔ)移動(dòng)了Rφ2.暫態(tài)旋轉(zhuǎn)軸過O1點(diǎn)而垂直與輪子的滾動(dòng)平面的軸3.驅(qū)動(dòng)力矩F0力的作用線與暫態(tài)旋轉(zhuǎn)軸相距一段非零的距離形成力對(duì)O1點(diǎn)的力矩。數(shù)值上等於滾動(dòng)阻力距。4.滾動(dòng)摩擦係數(shù)Ⅰ（mm）5.滾動(dòng)摩擦係數(shù)Ⅱ（無量綱）輪子轉(zhuǎn)過角度Δφ，驅(qū)動(dòng)力作功：Ａφ＝Ｆ0RΔφ=MΔφ而輪子所走過距離Δs=RΔφ

一、滾動(dòng)摩擦機(jī)理1.微觀滑動(dòng)①雷諾（1876）接觸面積上存在有滑動(dòng)摩擦力作用的滑移區(qū)是引起滾動(dòng)阻力的原因之一。彈性常數(shù)不同的兩個(gè)物體赫茲接觸時(shí)，若兩物體一起自由滾動(dòng)，作用在每一個(gè)物體的壓力一般在兩表面上引起的切向位移不等，導(dǎo)致介面微觀滑移。A132B硬的圓柱體在彈性平面上滾動(dòng)加載後圓柱體在橡膠中壓入一條溝槽壓縮引起的伸長在1處比2、3處要大在滾動(dòng)過程中，A、B表面伸長不同，B是彈性體，伸長大；A彈性差，表面伸長小。則A、B的介面由於伸長的差異而發(fā)生滑動(dòng)。②希思柯特型滑移AA’Lβ當(dāng)一個(gè)球在槽型滾道內(nèi)滾動(dòng)時(shí)，接觸面積為橢圓形。球滾動(dòng)時(shí)的暫態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)中心為暫態(tài)軸線AA’接觸區(qū)內(nèi)個(gè)接觸點(diǎn)的線速度不同，導(dǎo)致滑移發(fā)生存在三個(gè)滑移區(qū)：接觸區(qū)中央部分，滑移方向與滾動(dòng)方向相反；但兩側(cè)與滾動(dòng)方向相同。實(shí)驗(yàn)表明：研究球半徑與槽半徑的比值RB/RG>0.8時(shí)，希思柯特型滑動(dòng)所造成的摩擦損失較大RB/RG=0.5~0.6時(shí)，摩擦損失達(dá)到最小值繼續(xù)減小，則由於接觸壓力增大，使摩擦阻力增大。如果槽和球的曲率半徑小於20%，則由滑移引起的阻力要比滯後損失大。材料受力變形時(shí)，在彈性範(fàn)圍內(nèi)，如果將應(yīng)變放大，常發(fā)現(xiàn)加載線和卸載線不重合，加載線高於卸載線。應(yīng)力應(yīng)變加荷線

卸荷線Δr2.彈性滯後定義：加載時(shí)用於變形的功大於卸載時(shí)材料放出的功，有一部分功被材料吸收的現(xiàn)象。彈性滯後回線：加載線和卸載線所圍成的封閉回線。所包圍的面積，表示材料在一次應(yīng)力迴圈中以不可逆方式吸收的能量。1952，泰伯，滾動(dòng)摩擦的彈性滯後理論：例如：圓柱在平面滾動(dòng)（移動(dòng)單位距離後）接觸區(qū)壓力分佈：接觸區(qū)前部壓力引起的力矩：前部材料壓縮所作彈性功：滾動(dòng)摩擦力：α以載荷L來表示：滾動(dòng)摩擦係數(shù)：泰伯認(rèn)為：微觀滑移對(duì)滾動(dòng)摩擦阻力影響較??；彈性滯後損失是滾動(dòng)摩擦阻力主要原因?？傊趶椥怨?fàn)圍內(nèi)滾動(dòng)，滾動(dòng)摩擦由彈性滯後現(xiàn)象和微觀滑移引起的。⑴滾動(dòng)接觸材料應(yīng)力狀態(tài)與單向拉伸不同。所以，圓柱滾動(dòng)時(shí)彈性滯後損失係數(shù)α約為簡(jiǎn)單拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得的α的3倍。⑵彈性滯後損失與變形速率有關(guān)。在低速情況下，接觸區(qū)後部材料有充分時(shí)間恢復(fù)變形，接觸區(qū)壓力基本是對(duì)稱分佈，所以滾動(dòng)摩擦阻力小；在高速情況下，滾動(dòng)摩擦阻力增大。說明：默溫—詹森，金屬間滾動(dòng)阻力，塑性變形機(jī)理：金屬物體滾動(dòng)接觸時(shí)，若接觸壓力超過一定數(shù)值，將產(chǎn)生屈服。3.塑性變形自由滾動(dòng)的圓柱體：球體在平面上滾動(dòng)：泰伯，近似解法；滾動(dòng)阻力主要由球體前方的塑性變形造成的。半徑越大，接觸面積和彈性變形越小，F(xiàn)愈小。4.粘著作用滾動(dòng)摩擦副：產(chǎn)生粘著，粘著接點(diǎn)在分離時(shí)其方向垂直於介面，沒有接點(diǎn)增大現(xiàn)象?；瑒?dòng)摩擦副：產(chǎn)生粘著，粘著接點(diǎn)在分離時(shí)其方向與介面相切，有接點(diǎn)增大現(xiàn)象。滾動(dòng)摩擦的粘著力：主要是較弱的範(fàn)德華力滾動(dòng)摩擦係數(shù)小於幹滑動(dòng)摩擦的原因：

滾動(dòng)摩擦副沒有接點(diǎn)增大現(xiàn)象滾動(dòng)摩擦的接點(diǎn)在分離時(shí)，仍有污染膜存在。摩擦副的結(jié)構(gòu)形式、摩擦副的材料的不同匹配等都會(huì)影響滾動(dòng)摩擦。材料副愈硬，球直徑愈大，滾動(dòng)摩擦阻力越小。隨載荷增加，滾動(dòng)摩擦阻力也增大。三、滾動(dòng)摩擦的影響因素其中n=1.7~1.85m=1.5~1.6D滾子直徑、F穩(wěn)定摩擦力、L載荷。D不變，F(xiàn)和L呈函數(shù)關(guān)係。L不變，F(xiàn)和D呈函數(shù)關(guān)係§5邊界摩擦一、基本概念與特點(diǎn)⒈定義：又稱邊界潤滑，是指相對(duì)表面運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)表面被很薄的潤滑膜（厚度在0.1μm以下）隔開，兩表面間的摩擦和磨損不是取決於潤滑劑的粘度，而是取決於兩表面的特性和潤滑劑的特性。⒉特點(diǎn)：⑴具有較低的摩擦係數(shù)，μ在0.03～0.10之間；⑵兩表面不直接接觸，減少零件磨損延長使用壽命。⑶能大幅度提高承載能力，擴(kuò)大使用範(fàn)圍。13.邊界膜：邊界潤滑中起潤滑作用的膜。吸附膜：潤滑劑的極性分子吸附在摩擦表面上所形成的邊界膜。反應(yīng)膜：摩擦表面與氧及潤滑油添加劑中的硫、磷、氯等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成膜。物理吸附膜化學(xué)吸附膜化學(xué)反應(yīng)膜氧化膜邊界膜反應(yīng)膜吸附膜一、邊界摩擦機(jī)理⒈摩擦阻力來源於邊界膜分子的相互作用。2.摩擦阻力的大小，由潤滑油的特性決定，受邊界膜附著強(qiáng)度和側(cè)向粘著強(qiáng)度影響。3.當(dāng)邊界潤滑中邊界膜起主要作用時(shí)，a值較小，摩擦力近似表示為：二、影響邊界摩擦的主要因素1.邊界膜本身性能①鏈長：一般隨鏈長增加，摩擦係數(shù)下降，並達(dá)到某一定值。極性分子中碳原子數(shù)增加，鏈長增加，摩擦係數(shù)下降。②油性：潤滑油在工作面上形成邊界膜的能力。反映潤滑油的吸附能力。摩擦係數(shù)愈小，油性愈好；反之，油性愈差。③分子膜厚度：分子膜層數(shù)增加，摩擦係數(shù)下降，但幅度減小，最後保持一穩(wěn)定值。2.溫度：各種吸附膜都有一定的臨界溫度，超過臨界溫度，吸附膜將發(fā)生失向、散亂或脫吸，使?jié)櫥А?.速度：對(duì)於速度非常低的情況下①對(duì)於吸附膜，摩擦係數(shù)隨速度增加而下降，最後保持一定值。②對(duì)於化學(xué)反應(yīng)膜，摩擦係數(shù)隨速度增加而增加，最後保持某一穩(wěn)定值4.載荷：除載荷極大或極小情況外，一般摩擦係數(shù)不受載荷的影響。

磨料磨損§1磨料磨損的定義與分類1.定義：一般是指硬的磨?；蛲钩鑫镌谂c機(jī)器零件表面相互接觸過程，使表面材料發(fā)生損耗的一種現(xiàn)象或過程。磨?；蛲钩鑫镆话阒阜墙饘?，如石英砂、礦巖等；也可能是金屬磨屑。磨粒磨損機(jī)理目前尚不清楚。2.分類Ⅰ美國礦業(yè)系統(tǒng)，艾弗萊，礦山機(jī)械受力特點(diǎn)鑿削式磨料磨損高應(yīng)力研磨式磨料磨損低應(yīng)力劃傷式磨料磨損分類Ⅱ艾弗萊，1975，磨料磨損的性質(zhì)純流體沖蝕衝擊沖蝕：指流體所帶的固體顆粒對(duì)金屬表面進(jìn)行衝擊。沖刷磨損：指平行流體的硬顆粒的低應(yīng)力磨料磨損。切削式磨料磨損：高應(yīng)力研磨磨料磨損鑿削式磨料磨損沖刷腐蝕磨損分類Ⅲ磨料的固定狀態(tài)自由磨料固定磨料分類Ⅳ磨損接觸的物體表面兩體磨料磨損三體磨料磨損還有許多不同的分類方法§2磨料磨損的簡(jiǎn)化模型拉賓諾維奇Rabinowicz,《材料的摩擦與磨損》；簡(jiǎn)化的磨料磨損模型遷移體積tSθ假定:單顆圓錐形磨粒在載荷ΔL作用下,壓入較軟材料中,並在切向力作用下,在表面滑動(dòng)了ΔS距離,犁出一條溝槽。法向載荷被磨材料硬度壓痕直徑溝槽的截面積溝槽深度被遷移的溝槽體積磨粒的形狀係數(shù)單位滑動(dòng)距離材料的遷移：表明：?jiǎn)挝换瑒?dòng)距離材料的遷移與磨溝的寬度平方或與磨溝的深度平方成正比假如把所有作用的磨粒相加，則磨損率為：各圓錐形磨粒tgθ的平均值簡(jiǎn)化的磨料磨損方程式表明：磨損量與載荷及滑動(dòng)距離成正比；磨損量與磨損材料的硬度成反比。方程式與阿查德磨損方程基本相同；（阿查德磨損方程）根據(jù)阿查德磨損方程，磨料磨損係數(shù)Kabr為：簡(jiǎn)單的磨料磨損方程也可寫作：1、三體磨料磨損係數(shù)要小於兩體磨料磨損，三體磨料磨損過程中磨粒大約90%時(shí)間在滾動(dòng)，故磨損較小（可能原因）；2、Kabr=0.96×tgθ，是理論值，只考慮磨粒的形狀係數(shù)，並假設(shè)所有磨粒都參加切削，同時(shí)犁出的溝槽體積都成為磨屑；3、磨損過程影響因素很多，如載荷、硬度、運(yùn)動(dòng)情況、環(huán)境等，應(yīng)用時(shí)應(yīng)加以修正。補(bǔ)充說明：§3磨料磨損機(jī)理是指零件表面和磨料發(fā)生摩擦接觸的磨損過程；亦指從表面產(chǎn)生和脫落磨屑的過程；磨料磨損機(jī)理迄今尚不十分清楚，存有爭(zhēng)論；綜述如下：一、微觀切削磨損機(jī)理磨粒作用在零件表面的力，分法向力和切向力；法向力使磨粒壓入表面，形成壓痕；切向力使磨粒向前推進(jìn)，如形狀與位向適當(dāng)時(shí)，磨粒對(duì)表面進(jìn)行切削，形成切屑；切削的寬度和深度很小，故切屑也很?。晃⒂^觀察表明：切屑具有機(jī)加工中切屑特徵，即：長寬比較大，切屑一面較光滑，另一面具有滑動(dòng)的臺(tái)階或捲曲現(xiàn)象。微觀切削磨損是材料表面磨損的主要機(jī)理；磨料和表面接觸時(shí)發(fā)生切削的概率不大；磨粒形狀成圓鈍時(shí)，或犁溝的過程中磨粒的棱角而不是棱邊對(duì)著運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，或磨粒和表面間夾角太小，或表面材料塑性很高時(shí)，磨粒沿表面滑過後只犁出一條溝，把材料推向兩邊或前面，不形成切屑；對(duì)於鬆散的自由磨粒，大約90%以上的磨粒，發(fā)生滾動(dòng)，只能壓出印痕；二、多次塑變導(dǎo)致斷裂的磨損機(jī)理（犁皺或微觀壓入）當(dāng)磨?；^表面時(shí)，除了切削外，大部分磨粒只把材料推向前面或兩旁。這些材料受到很大的塑性形變，卻沒有脫離母體，同時(shí)在溝底及溝槽附近的材料也受到較大的變形。犁溝時(shí)一般可能有一部分材料被切削而形成切屑，一部分則未被切削而形成塑變，被推向兩側(cè)和前緣。若犁溝時(shí)全部的溝槽體積被推向兩旁和前緣而不產(chǎn)生任何一次切屑時(shí)，稱之為犁皺。犁溝或犁皺後堆積在兩旁和前緣的材料以及溝槽中的材料，當(dāng)受到隨後的磨料作用時(shí)，可能把堆積起的材料重新壓平;也可能使已變形的溝底材料遭到再一次的犁皺變形;如此反復(fù)塑變，導(dǎo)致材料的加工硬化或其他強(qiáng)化作用，終於剝落而成為磨屑。磨屑呈塊狀或片狀；顯微觀察可看到，經(jīng)反復(fù)塑變和碾壓後的層狀折痕和表面上一些臺(tái)階、壓坑及二次裂紋；材料多次塑性變形的磨損是因?yàn)槎啻巫冃我鸩牧暇Ц竦臍堭N畸變，同時(shí)達(dá)到材料不破壞其間聯(lián)繫而無法改變其形狀的極限狀態(tài)。即達(dá)到材料不可能在繼續(xù)變形和吸收能量。塑性變形降低了材料應(yīng)力重新分配的能力，故有些截面（當(dāng)外力不變時(shí)）由於應(yīng)力集中使之逐漸由塑性變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。三、疲勞磨損機(jī)理疲勞磨損機(jī)理在一般磨粒磨損中起主導(dǎo)作用；疲勞是指重複應(yīng)力迴圈引起的一種特殊破壞形式，其應(yīng)力幅不超過材料的彈性極限。疲勞磨損是由於表層微觀組織受週期載荷作用而產(chǎn)生的。其特徵是材料在強(qiáng)化過程進(jìn)展的同時(shí)，過程的速度強(qiáng)烈地決定於周圍的介質(zhì)以及介質(zhì)對(duì)強(qiáng)化的作用。標(biāo)準(zhǔn)的疲勞過程常有潛伏期，在此期間材料外部發(fā)生硬化但不出現(xiàn)任何微觀破壞。當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，在材料表層出現(xiàn)硬化的滑移塑變層和裂紋。低周應(yīng)變疲勞：材料在超過其彈性極限的週期性重複應(yīng)力作用下產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象。擴(kuò)大了“疲勞”的含義?？死w爾斯基、維洛格拉洛夫、吉寧巴烏姆等關(guān)於疲勞磨損的研究論斷存有異同。四、微觀斷裂（剝落）磨損機(jī)理

磨損時(shí)，磨粒的壓入對(duì)於有些材料（特別是脆性材料）其斷裂機(jī)理可能占支配地位；當(dāng)斷裂發(fā)生時(shí)，壓痕四周週邊的材料會(huì)被磨損剝落，即磨損係數(shù)Kabr大於1，磨損量也大。莫爾（Moore）磨損量公式單位面積上的磨損量單位面積上的載荷磨粒的平均直徑材料的斷裂韌度材料的硬度脆性材料的實(shí)際體積磨損決定於由斷裂機(jī)理、微觀切削和塑性變形機(jī)理所產(chǎn)生的綜合磨損；各種機(jī)理的平衡，取決與平均壓痕深度和產(chǎn)生斷裂的臨界壓痕深度tc；臨界壓痕深度tc：指尖銳的壓頭在壓入材料表面時(shí)，隨載荷的增加彈塑性壓入深度逐漸增加，達(dá)到因壓入而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力使裂紋萌生並圍繞壓入的塑性區(qū)擴(kuò)展。勞恩（Lawn）等人提出：莫爾實(shí)驗(yàn)指出高的Kc/H值將趨於低磨損；有些機(jī)理及其細(xì)節(jié)需要進(jìn)一步研究；磨料磨損過程中不只是一種機(jī)理而常有幾種機(jī)理同時(shí)存在，以某種為主要，隨外部、內(nèi)部條件變化而相應(yīng)變化。磨料一般是指天然礦物、巖石、泥沙；土壤和人工製作的一定尺寸的礦物，為粒狀或無定形固體；大小從微米或亞微米到很大尺寸的礦巖；硬度從很軟的石膏到很硬的金剛石；磨料的硬度是決定磨料磨損性關(guān)鍵的因素?！?磨料及其磨損性能一、磨料的形狀尖銳的、多角形的磨料比圓而鈍的磨料磨損快；當(dāng)載荷和硬度等條件相同時(shí)，磨損率決定於磨料與材料表面夾角的正切平均值；Θ越大，正切平均值越大，磨損率越大；二、迎角α指磨料和材料表面接觸時(shí)和表面間的夾角。不同材料的臨界迎角α0是不同的，在30°~90°之間變化；一般地說，摩擦係數(shù)增大，鋼的硬度增大，都會(huì)使臨界迎角減小，即容易產(chǎn)生切屑。固定磨料和自由磨料的迎角分佈是不同的；迎角可根據(jù)磨損狀態(tài)的概率統(tǒng)計(jì)計(jì)算，根據(jù)迎角分佈的概率和臨界迎角，可以計(jì)算出切屑形成的概率。三、磨粒大小材料磨損量與磨粒大小有關(guān)，一般是隨著磨粒直徑的增大而增大，直到達(dá)到某一臨界尺寸後就不再增大，而這種影響對(duì)非金屬材料來說比金屬更大些。若載荷增大，粒徑超過臨界尺寸後，磨粒的大小對(duì)磨損仍有影響，不過影響略小。臨界尺寸大致在80μm左右，與材料成分、性能、預(yù)冷加工、速度與載荷等有關(guān)。四、磨粒的形狀與大小的綜合作用五、磨粒硬度一般磨料的硬度比材料表面高很多，但當(dāng)磨料的硬度低於材料硬度時(shí)，也會(huì)發(fā)生磨損，但磨損量??；Hm/Ha≤0.5~0.8為硬磨料磨損Hm/Ha≥0.5~0.8為軟磨料磨損六、磨料的其他性能七、磨料的磨損性一般是指磨料破壞零件或刀具的能力，與磨料本身特性及其與零件表面層接觸應(yīng)力的大小及方向有關(guān)。⒈礦物和巖石磨料磨損性的測(cè)定方法⒉各種礦物和巖石的磨料磨損性⒊已破損磨料的磨損性§5外部摩擦條件對(duì)磨料磨損的影響一、載荷二、滑動(dòng)距離三、磨料和材料表面的相對(duì)速度四、熱和溫度五、腐蝕環(huán)境和水蒸汽

一、材料的成分二、材料的微觀組織⒈基體組織⒉基體中的第二相①中間金屬化合物的沉澱析出相②碳化物：軟基體中、硬基體中⒊夾雜物⒋晶界⒌內(nèi)缺口⒍各向異性§6材料的內(nèi)部因素對(duì)磨料磨損的影響⒈硬度⒉斷裂韌性⒊彈性模數(shù)⒋真實(shí)切斷抗力⒌抗拉強(qiáng)度

三、材料的機(jī)械性能一、磨料與被磨材料表面的相對(duì)硬度變化對(duì)方程的修正二、材料磨損時(shí)的變形和斷裂特徵對(duì)方程的修正

⒈塑性變形機(jī)理

⒉斷裂機(jī)理§6磨料磨損模型的討論三、磨損時(shí)材料塑變特性和加工硬化對(duì)簡(jiǎn)化方程的修正四、磨料磨損時(shí)材料內(nèi)的局部裂紋擴(kuò)展對(duì)簡(jiǎn)化方程的修正五、根據(jù)磨料磨損時(shí)磨屑形成的三種機(jī)理（微觀切削、微觀犁皺、微觀裂紋）對(duì)簡(jiǎn)化方程的修正

耐磨材料一、高錳鋼的化學(xué)成分與鑄態(tài)組織二、高錳鋼的熱處理⒈加熱⒉加熱溫度和保溫時(shí)間⒊冷卻§1高錳鋼三、高錳鋼的加工硬化和耐磨性⒈細(xì)化晶粒①變質(zhì)處理②控制澆注溫度③控制鑄件凝固速度④懸浮澆注

一、提高高錳鋼品質(zhì)的途徑⒉消除鋼中的碳化物①控制鑄態(tài)組織中的碳化物②採用正確的熱處理工藝⒊提高冶煉品質(zhì)二、高錳鋼的改型及提高耐磨性的措施⒈高錳鋼的合金化⒉適當(dāng)降低錳碳比⒊沉澱強(qiáng)化處理§2低合金耐磨鋼一、低合金耐磨鋼的優(yōu)點(diǎn)⒈較高的硬度與耐磨性⒉良好的韌性和脆斷抗力⒊高的脆透性⒋良好的工藝性⒌較好的經(jīng)濟(jì)性二、碳及合金元素的作用⒈碳⒉錳⒊矽⒋鉻⒌鉬⒍鎳⒎硼⒏鈦、釩、鈮⒐稀土元素§3高鉻合金白口鑄鐵§4其他合金白口鑄鐵§5陶瓷材料按成分和用途，陶瓷材料一般分為：⑴普通陶瓷⑵特種陶瓷⑶金屬陶瓷

一、陶瓷的性能⒈機(jī)械性能①硬度②剛度③強(qiáng)度④塑性⒉熱性能⒊化學(xué)穩(wěn)定性⒋導(dǎo)電性二、常用陶瓷材料⒈氧化物陶瓷：氧化鋁⒉非氧化物陶瓷：碳化物、硼化物、氮化物、矽化物。

三、金屬陶瓷⒈氧化物基金屬陶瓷：⒉碳化物基金屬陶瓷①硬質(zhì)合金：WC、TiC、TaC等為主體，Co為粘結(jié)劑。②鋼結(jié)硬質(zhì)合金：WC、TiC等為硬質(zhì)相，且含量少（約30%）以各種合金鋼或高速鋼粉末為粘結(jié)劑。

§5耐磨材料的選用

微動(dòng)磨損§1微動(dòng)磨損的定義及特點(diǎn)§2微動(dòng)磨損機(jī)理一、影響因素⒈力學(xué)因素①載荷迴圈數(shù)②相對(duì)滑動(dòng)振幅③法向載荷④頻率§3影響微動(dòng)磨損的因素和防護(hù)方法⒉環(huán)境因素①氣氛（包括濕度）②溫度⒊材料因素

⒈設(shè)計(jì)⒉表面處理及塗層⒊潤滑⒋表面加工硬化⒌材料的選擇

二、減少微動(dòng)磨損的措施

粘著磨損⒈定義：實(shí)際上是相互接觸表面上的微凸體不斷地形成粘著接點(diǎn)和接點(diǎn)斷裂而導(dǎo)致摩擦表面破壞並形成磨屑的過程。最常見的磨損形式，如一固體材料在另一固體材料表面上滑動(dòng)或壓入其表面後被拉開時(shí)。以小顆粒狀形式、存在粘附和反粘附現(xiàn)象§1粘著磨損的特點(diǎn)與分類舉例：1、真空中潔淨(jìng)的硬鋼壓在黃銅塊上後分開，用高倍顯微鏡觀察，明顯看到分散的黃銅粒嵌在鋼表面。2、黃銅圓銷在旋轉(zhuǎn)的鋼制圓盤上滑動(dòng)，可看到鋼盤表面被塗抹上一層黃銅。如果用顯微鏡觀察可看到分散的轉(zhuǎn)移特性。3、巴克萊用單晶體碳化矽與各種金屬相摩擦，第一組球形碳化矽滑塊在金屬平面滑動(dòng)；第二組球形金屬滑塊在碳化矽平面滑動(dòng)。⑴輕微磨損⑵塗抹⑶擦傷（膠合或咬合）⑷撕脫（或咬焊）⑸咬死

2.根據(jù)摩擦表面的破壞程度，常把粘著磨損區(qū)分為5類：§3粘著機(jī)理

兩潔淨(jìng)金屬表面相互接觸會(huì)形成強(qiáng)的金屬接點(diǎn)；當(dāng)表面粗糙的兩固體，在法向壓力作用下相互接觸時(shí)，一小部分微凸體的頂峰受到很大壓應(yīng)力，當(dāng)達(dá)到了流動(dòng)壓力時(shí)，就發(fā)生塑性變形。當(dāng)表面潔淨(jìng)時(shí)，兩固體表面的粒子隨著距離的縮短，將先後出現(xiàn)物理和化學(xué)鍵，當(dāng)兩表面上有成片的粒子相結(jié)合，就形成凸體橋，即接點(diǎn)。齊曼Ziman膠體模型：金屬中的自由電子雲(yún)類似於粘結(jié)液，能夠把金屬表面上靠得很近的正離子結(jié)合起來，形成金屬鍵，粘著強(qiáng)度基本決定於介面上的電子密度。如果兩固體的內(nèi)聚功不同，而粘著功的大小又介於兩者之間，則斷裂將發(fā)生在內(nèi)聚功較小的固體內(nèi)。影響固體間的粘著的兩個(gè)主要因素：一個(gè)是表面上的氧化膜或其他污染膜；往往會(huì)被表面變形，特別是剪切應(yīng)力所破壞，顯露出新鮮表面而被粘著；另一個(gè)是彈性應(yīng)力恢復(fù)效應(yīng)。接觸區(qū)接點(diǎn)在形成過程中被強(qiáng)烈的加工硬化，當(dāng)載荷卸除後，介面發(fā)生彈性變形，此時(shí)周邊的連接橋處於拉應(yīng)力狀態(tài)，由於延性不足而被拉斷，所以只有一部分接點(diǎn)被保留下來；對(duì)於大多數(shù)金屬（即使完全淨(jìng)化的表面），由於彈性應(yīng)力恢復(fù)效應(yīng)，在卸除法向載荷之後，粘著面積比預(yù)計(jì)的值小的解決措施？可在卸載前通過接點(diǎn)退火，使加工硬化後微凸體橋的延性增加，獲得很大的法向粘著。當(dāng)法向載荷存在時(shí)，對(duì)試樣施加切向應(yīng)力，由於法向和切向應(yīng)力複合的結(jié)果，使接觸面積增大，粘著點(diǎn)增大。結(jié)晶表面間的結(jié)晶位向影響粘著：具有完全配合的位向，很容易發(fā)生粘著；位向失配時(shí)，必須提供能量才能使介面形成強(qiáng)固粘著；能量可以是熱量或塑性變形功；（如：低溫比高溫需要更多的塑變才能形成介面間強(qiáng)固粘著。）金屬晶體結(jié)構(gòu)（如密排面、滑移方向）影響介面上塑性變形，所以對(duì)粘著也有很大影響。一般滑移系增加，滑移概率增加，開始易滑移，位錯(cuò)形成位錯(cuò)接點(diǎn)後阻礙滑移，易焊合，微凸體加工硬化後難斷開，使粘著增大。材料間的溶解度和互溶性影響粘著：38種金屬對(duì)鋼在真空中實(shí)驗(yàn)：溶解度極小或者和鐵組成金屬化合物的材料不易粘著；原因：接點(diǎn)的形成和生長與在原子範(fàn)疇內(nèi)發(fā)生擴(kuò)散有關(guān)。雖然時(shí)間較短，但微凸體接觸瞬間，溫度很高，使接點(diǎn)能夠生長。上述理論也適用於非金屬材料間及非金屬材料與金屬間的粘著作用：粘著的本質(zhì)：例如：兩片潔淨(jìng)的銅表面被壓緊在一起，微凸體上原子靠近，甚至靠近到本身原子間的距離程度，此時(shí)無法區(qū)分介面上原子屬於那邊，所以介面間的力就和其基體內(nèi)部原子力具有相同性質(zhì)。但由於相遇銅晶格間的錯(cuò)配，介面總有缺陷，使接觸區(qū)粘著變?nèi)?；塑性流?dòng)和熱擴(kuò)散可以使缺陷消除，同時(shí)介面就不存在了。接觸區(qū)的粘著強(qiáng)度相當(dāng)於材料本身強(qiáng)度。粘著的本質(zhì)：對(duì)於異類合金可以應(yīng)用如上推理；若不形成合金，則介面力可能為兩金屬內(nèi)部原子力的平均值如（銦-金），若形成合金則相互作用性質(zhì)比較複雜。強(qiáng)固粘著是原子間力的結(jié)果，可以看作是整個(gè)固體內(nèi)部的原子力處理；如果實(shí)踐中沒發(fā)現(xiàn)強(qiáng)固粘著，則主要是由於粘染膜和彈性應(yīng)力恢復(fù)效應(yīng)影響?！?粘著磨損的模型和定律一、粘著磨損的發(fā)生1）介面比滑動(dòng)表面中任一金屬都弱，則剪切發(fā)生在介面上，並且磨損極小。（如錫-鋼）2）介面比滑動(dòng)表面中一金屬強(qiáng)而弱於另一個(gè)，則剪切發(fā)生在較軟金屬表層上，並且磨屑粘附到硬金屬表面上。（如鋁-鋼）3）介面比滑動(dòng)表面中一金屬強(qiáng)，偶而也強(qiáng)於另一個(gè)，則較軟金屬明顯轉(zhuǎn)移到硬金屬上，偶而也會(huì)撕下硬金屬。（如銅-鋼）4）介面比滑動(dòng)表面中任一金屬都強(qiáng)，則剪切發(fā)生在介面不遠(yuǎn)處。（如同種金屬間滑動(dòng)）上述情況磨損量相差很大！由於介面為截面積最小處，且存在大量缺陷，故強(qiáng)度較低，斷裂一般發(fā)生在介面處。實(shí)驗(yàn)表明，材料副在滑動(dòng)中形成大磨屑的少於接點(diǎn)總數(shù)的5%。磨屑形成過程的圖解格林伍德Greenwood和泰伯Tabor用不同金屬與塑膠的兩維模型說明微凸體及其剪切。指出：某些情況，特別是接點(diǎn)平面與滑動(dòng)方向不平行時(shí)，將形成粘附磨屑。由於原始表面粗糙或在滑動(dòng)過程中變粗糙，使不平行性一定存在。芬恩Feng：若接點(diǎn)與滑動(dòng)方向平行，在滑動(dòng)過程中使接點(diǎn)變粗糙，則切屑易形成。較硬材料也會(huì)形成磨屑：大多數(shù)情況磨屑發(fā)生在較軟金屬內(nèi)部且形成較多、較大的磨屑；事實(shí)證明，較硬材料也會(huì)形成磨屑可能是較硬材料內(nèi)部也有局部的低硬度區(qū)，同時(shí)較軟材料表面也存在高硬度區(qū)，所以使較硬材料形成磨屑。二、粘著磨損的原子模型（湯姆林遜模型）原子俘獲而生的磨損：摩擦表面十分接近時(shí)，原子相互排斥，被排斥原子不僅回到原來位置，另一方面一個(gè)原子也