磨損及磨損理論

1、磨損及磨損理論磨損及磨損理論一、概述一、概述1 1、磨損定義：、磨損定義：相互接觸的物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，表層材料不斷損失、轉(zhuǎn)移或相互接觸的物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，表層材料不斷損失、轉(zhuǎn)移或產(chǎn)生殘余變形的現(xiàn)象稱(chēng)為磨損，它是伴隨著摩擦而產(chǎn)生產(chǎn)生殘余變形的現(xiàn)象稱(chēng)為磨損，它是伴隨著摩擦而產(chǎn)生的必然結(jié)果。的必然結(jié)果。 有些磨損是有益的，如有些磨損是有益的，如“研磨研磨”，可使零件表面粗糙度，可使零件表面粗糙度減小，使刀刃變得鋒利。減小，使刀刃變得鋒利。 但是，據(jù)統(tǒng)計(jì)，但是，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有約有80 %80 %左右的機(jī)械零件是由于磨損而左右的機(jī)械零件是由于磨損而報(bào)廢或失效報(bào)廢或失效。磨損不僅消耗材料，浪費(fèi)能源，并直接影

2、。磨損不僅消耗材料，浪費(fèi)能源，并直接影響到機(jī)器的壽命和可靠性。固此，對(duì)磨損的研究引起了響到機(jī)器的壽命和可靠性。固此，對(duì)磨損的研究引起了人們的極大關(guān)注。人們的極大關(guān)注。2 2、磨損研究的主要內(nèi)容：、磨損研究的主要內(nèi)容：(1) (1) 主要磨損類(lèi)型的發(fā)生條件、特征和變化主要磨損類(lèi)型的發(fā)生條件、特征和變化規(guī)律規(guī)律; ;(2) (2) 磨損的影響因素磨損的影響因素, , 包括摩擦副材料、表包括摩擦副材料、表面形態(tài)、潤(rùn)滑狀況、環(huán)境條件面形態(tài)、潤(rùn)滑狀況、環(huán)境條件, , 以及滑動(dòng)速以及滑動(dòng)速度、載荷、工作溫度等工況參數(shù)度、載荷、工作溫度等工況參數(shù); ;(3) (3) 磨損的模型與磨損計(jì)算磨損的模型與磨損計(jì)算

3、; ;(4) (4) 提高提高材料材料耐磨性的措施耐磨性的措施; ;(5) (5) 磨損研究的測(cè)試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析方法。磨損研究的測(cè)試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析方法。3 3、磨損過(guò)程、磨損過(guò)程零件的正常磨損過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：零件的正常磨損過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：跑合階段；：跑合階段；：穩(wěn)定磨損階段；：穩(wěn)定磨損階段；：劇烈磨損階：劇烈磨損階段段：跑合階段：跑合階段出現(xiàn)在摩擦副的初始運(yùn)動(dòng)階段出現(xiàn)在摩擦副的初始運(yùn)動(dòng)階段，由于表面存在粗糙度，微，由于表面存在粗糙度，微凸體接觸面積小，接觸應(yīng)力大，磨損速度快。凸體接觸面積小，接觸應(yīng)力大，磨損速度快。 在一定載在一定載荷作用下，摩擦表面逐漸磨平，實(shí)際接觸面積逐漸增

4、大，荷作用下，摩擦表面逐漸磨平，實(shí)際接觸面積逐漸增大，磨損速度逐漸減慢，如圖所示。磨損速度逐漸減慢，如圖所示。穩(wěn)定磨損階段：穩(wěn)定磨損階段：出現(xiàn)在摩擦副的正常運(yùn)行階段。出現(xiàn)在摩擦副的正常運(yùn)行階段。經(jīng)過(guò)跑合，摩擦表面加工硬經(jīng)過(guò)跑合，摩擦表面加工硬化，微觀幾何形狀改變，實(shí)際接觸面積增大，壓強(qiáng)降低，從化，微觀幾何形狀改變，實(shí)際接觸面積增大，壓強(qiáng)降低，從而而建立了彈性接觸的條件建立了彈性接觸的條件，這時(shí)磨損已經(jīng)穩(wěn)定下來(lái)，如圖所，這時(shí)磨損已經(jīng)穩(wěn)定下來(lái)，如圖所示，示，磨損量隨時(shí)間增大緩慢增大磨損量隨時(shí)間增大緩慢增大。 劇烈磨損階段：劇烈磨損階段：由于摩擦條件發(fā)生較大的變化由于摩擦條件發(fā)生較大的變化( (如溫

5、度的急劇增如溫度的急劇增高，金屬組織的變化等高，金屬組織的變化等) )，磨損速度急劇增加。這時(shí)機(jī)械效率下降，磨損速度急劇增加。這時(shí)機(jī)械效率下降，精度降低，出現(xiàn)異常的噪音及振動(dòng)，最后導(dǎo)致零件完全失效。精度降低，出現(xiàn)異常的噪音及振動(dòng)，最后導(dǎo)致零件完全失效。* * * 從磨損過(guò)程的變化來(lái)看，為了提高機(jī)器零件的從磨損過(guò)程的變化來(lái)看，為了提高機(jī)器零件的使用壽命，應(yīng)盡量延長(zhǎng)使用壽命，應(yīng)盡量延長(zhǎng)“穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段”。二、二、磨磨損損的的分分類(lèi)類(lèi)1 1、粘著磨損、粘著磨損(1)(1)定義定義當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)時(shí)當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)時(shí), , 由于粘著效應(yīng)所形由于粘著效應(yīng)所形成的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，接觸表面的材成

6、的結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，接觸表面的材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面的現(xiàn)象料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面的現(xiàn)象稱(chēng)為粘著磨損。稱(chēng)為粘著磨損。(2) (2) 粘著磨損機(jī)理粘著磨損機(jī)理當(dāng)摩擦副接觸時(shí)，當(dāng)摩擦副接觸時(shí)，接觸接觸首先發(fā)生首先發(fā)生在少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立的微凸體上。因在少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立的微凸體上。因此，在一定的法向載荷作用下，此，在一定的法向載荷作用下，微凸體的局部壓力就可能超過(guò)材微凸體的局部壓力就可能超過(guò)材料的屈服壓力而發(fā)生料的屈服壓力而發(fā)生塑性變形塑性變形，繼而使兩摩擦表面產(chǎn)生繼而使兩摩擦表面產(chǎn)生粘著粘著；此后，在相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中，如果此后，在相對(duì)滑動(dòng)過(guò)程中，如果粘著點(diǎn)的剪切粘著點(diǎn)的剪切發(fā)生發(fā)生在界面，則磨損輕

7、微；如果剪切發(fā)生在界面以下，在界面，則磨損輕微；如果剪切發(fā)生在界面以下，則則材料就會(huì)從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另外一表面材料就會(huì)從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另外一表面，繼續(xù)滑，繼續(xù)滑動(dòng)，一部分轉(zhuǎn)移的材料分離，從而形成游離磨粒。動(dòng)，一部分轉(zhuǎn)移的材料分離，從而形成游離磨粒。* * * 接觸接觸- -塑性變形塑性變形- -粘著粘著- -剪斷粘著點(diǎn)剪斷粘著點(diǎn)- -材料轉(zhuǎn)移材料轉(zhuǎn)移- -再粘著，循環(huán)不斷進(jìn)行，構(gòu)成粘著磨損過(guò)程。再粘著，循環(huán)不斷進(jìn)行，構(gòu)成粘著磨損過(guò)程。(3)(3)四種典型的粘著磨損四種典型的粘著磨損 根據(jù)粘著點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞位置不同，粘著磨損有幾根據(jù)粘著點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞位置不同，粘著磨損有幾種不同的形式，從輕微磨損

8、到破壞性嚴(yán)重的膠合種不同的形式，從輕微磨損到破壞性嚴(yán)重的膠合磨損。它們的磨損形式、摩擦系數(shù)和磨損度雖然磨損。它們的磨損形式、摩擦系數(shù)和磨損度雖然不同，但共同的特征是不同，但共同的特征是: :出現(xiàn)材料遷移，以及沿滑動(dòng)方出現(xiàn)材料遷移，以及沿滑動(dòng)方向形成程度不同的劃痕向形成程度不同的劃痕。a.a.輕微磨損輕微磨損 粘著強(qiáng)度比摩擦副的兩金屬基體強(qiáng)度低粘著強(qiáng)度比摩擦副的兩金屬基體強(qiáng)度低時(shí)，剪時(shí)，剪切發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料較輕微。切發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料較輕微。此時(shí)雖然摩擦系數(shù)增大，但是磨損卻很小，材料遷此時(shí)雖然摩擦系數(shù)增大，但是磨損卻很小，材料遷移也不顯著。通常在金屬表面具有氧化

9、膜、硫化移也不顯著。通常在金屬表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂層時(shí)發(fā)生輕微粘著摩損。膜或其他涂層時(shí)發(fā)生輕微粘著摩損。b.b.涂抹涂抹 粘著強(qiáng)度大于摩擦副中較軟金屬的強(qiáng)度，小于較粘著強(qiáng)度大于摩擦副中較軟金屬的強(qiáng)度，小于較硬金屬的強(qiáng)度。硬金屬的強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹( (粘附粘附) )在硬金屬表面上。在硬金屬表面上。這種模式的摩擦系數(shù)與輕微磨損差不多，但磨損程度這種模式的摩擦系數(shù)與輕微磨損差不多，但磨損程度加劇。加劇。c.c.擦傷擦傷 粘著強(qiáng)度比摩擦副的兩基體金屬的強(qiáng)度都高。粘著強(qiáng)度比摩擦副的兩基體金

10、屬的強(qiáng)度都高。剪剪切主要發(fā)生在軟金屬的亞表層內(nèi)，有時(shí)也發(fā)生在硬金切主要發(fā)生在軟金屬的亞表層內(nèi)，有時(shí)也發(fā)生在硬金屬的亞表層內(nèi)，轉(zhuǎn)移到硬金屬上的粘著物又刮削軟金屬的亞表層內(nèi)，轉(zhuǎn)移到硬金屬上的粘著物又刮削軟金屬表面，使軟金屬表面出現(xiàn)劃痕，所以屬表面，使軟金屬表面出現(xiàn)劃痕，所以擦傷主要發(fā)生擦傷主要發(fā)生在軟金屬表層在軟金屬表層，硬金屬表面也偶有劃傷。，硬金屬表面也偶有劃傷。d.d.咬合咬合如果如果粘著強(qiáng)度比兩金屬基體的強(qiáng)度高得多，而且粘著點(diǎn)面積較粘著強(qiáng)度比兩金屬基體的強(qiáng)度高得多，而且粘著點(diǎn)面積較大大時(shí)，剪切破壞發(fā)生在一個(gè)或兩個(gè)金屬表層深的地方。時(shí)，剪切破壞發(fā)生在一個(gè)或兩個(gè)金屬表層深的地方。此時(shí)表面將沿著

11、滑動(dòng)方向呈現(xiàn)明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。如此時(shí)表面將沿著滑動(dòng)方向呈現(xiàn)明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。如果滑動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，粘著范圍將很快增大，摩擦產(chǎn)生的熱量使表果滑動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，粘著范圍將很快增大，摩擦產(chǎn)生的熱量使表面溫度劇增，極易出現(xiàn)局部熔焊，使摩擦副之間面溫度劇增，極易出現(xiàn)局部熔焊，使摩擦副之間咬死咬死而不能相而不能相對(duì)滑動(dòng)。對(duì)滑動(dòng)。這種破壞性很強(qiáng)的磨損形式，應(yīng)力求避免。這種破壞性很強(qiáng)的磨損形式，應(yīng)力求避免。(4)(4)簡(jiǎn)單粘著磨損計(jì)算簡(jiǎn)單粘著磨損計(jì)算( (archardarchard模型模型) )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

12、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(gè)半徑為個(gè)半徑為a的相同微凸體承受。的相同微凸體承受。則當(dāng)材料產(chǎn)生塑性變形時(shí)，法向載荷則當(dāng)材料產(chǎn)生塑性變形時(shí)，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(duì)滑動(dòng)，且滑動(dòng)時(shí)每個(gè)微凸體上產(chǎn)當(dāng)摩擦副產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，且滑動(dòng)時(shí)每個(gè)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(dòng)單位滑動(dòng)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

13、(1)(1)和和(2)(2)式，可得：式，可得：(3)式式(3)(3)是假設(shè)了各個(gè)微凸體在接觸時(shí)均產(chǎn)生一個(gè)磨粒而導(dǎo)出。是假設(shè)了各個(gè)微凸體在接觸時(shí)均產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)距離和滑動(dòng)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(dá)式為：表達(dá)式為：(3)(4)由由(4)(4)式可得粘著式可得粘著磨損的三個(gè)定律：磨損的三個(gè)定律：材料磨損量與滑動(dòng)距離成正比：材料磨損量與滑動(dòng)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

14、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(duì)于彈性材料由于對(duì)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)椋菏街惺街衚 k為粘著磨損系數(shù)為粘著磨損系數(shù)右圖為鋼制銷(xiāo)釘在鋼制圓盤(pán)上滑右圖為鋼制銷(xiāo)釘在鋼制圓盤(pán)上滑動(dòng)摩擦?xí)r的結(jié)果。圖中示出鋼的動(dòng)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?？v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(dòng)距離的磨損量，橫坐標(biāo)單位滑動(dòng)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

15、/3時(shí)，磨損率時(shí)，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(guò)但當(dāng)壓力值超過(guò)h/3h/3時(shí)，磨損量急劇增大時(shí)，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(huì)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(huì)發(fā)生大面積的粘著焊連。對(duì)其他金屬也有類(lèi)似的情況，只是對(duì)其他金屬也有類(lèi)似的情況，只是k k開(kāi)始增加時(shí)的平均壓開(kāi)始增加時(shí)的平均壓力值通常比力值通常比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(gè)微凸體上的塑性變形區(qū)開(kāi)始作用下，各個(gè)微凸體上的塑性變形區(qū)開(kāi)始發(fā)生相互影響。當(dāng)壓力值增加到發(fā)

16、生相互影響。當(dāng)壓力值增加到h/3h/3以上時(shí)，整個(gè)表面變以上時(shí)，整個(gè)表面變成塑性流動(dòng)區(qū)，因而實(shí)際接觸面積不再與載荷成正比，出成塑性流動(dòng)區(qū)，因而實(shí)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(yán)重破壞。現(xiàn)劇烈的粘著磨損，摩擦表面嚴(yán)重破壞。由于式中的由于式中的k k代表微代表微凸體中產(chǎn)生磨粒的凸體中產(chǎn)生磨粒的概率，即粘著磨損概率，即粘著磨損系數(shù)因此，系數(shù)因此，k k值值必須按不同的滑動(dòng)必須按不同的滑動(dòng)材料組合和不同的材料組合和不同的摩擦條件求得摩擦條件求得。右。右表給出了不同工況表給出了不同工況和摩擦副配對(duì)時(shí)的和摩擦副配對(duì)時(shí)的磨損系數(shù)磨損系數(shù)k k值。值。(5)(5) 粘著磨損的影響因素

17、粘著磨損的影響因素摩擦副材料性質(zhì)的影響摩擦副材料性質(zhì)的影響a.a.脆性材料比塑性材料的抗粘著能力高脆性材料比塑性材料的抗粘著能力高。塑性材料粘著點(diǎn)的破壞以塑性流動(dòng)為主，發(fā)生在表層深處，塑性材料粘著點(diǎn)的破壞以塑性流動(dòng)為主，發(fā)生在表層深處，磨損顆粒大。脆性材料粘著點(diǎn)的破壞主要是剝落，發(fā)生在表磨損顆粒大。脆性材料粘著點(diǎn)的破壞主要是剝落，發(fā)生在表層淺處，磨損顆粒小，呈磨屑狀，磨屑容易脫落層淺處，磨損顆粒小，呈磨屑狀，磨屑容易脫落, , 不堆積在不堆積在表面上。表面上。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(lèi)型、電子密度、電化學(xué)性能相似金屬

18、或晶格類(lèi)型、電子密度、電化學(xué)性能相似的金屬的金屬) )易發(fā)生粘著磨損。異種金屬或冶金相溶易發(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。金屬性小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與非金屬摩擦副抗粘著磨損能力高于異種金屬摩擦副。摩擦副。應(yīng)避免使用同種金屬或冶金相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(duì)材料在發(fā)生摩擦和磨損時(shí)抵一定配對(duì)材料在發(fā)生

19、摩擦和磨損時(shí)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。c.c.材料的組織結(jié)構(gòu)和表面處理材料的組織結(jié)構(gòu)和表面處理金屬的組織結(jié)構(gòu)對(duì)粘著磨損也有影響，多相金屬比單相金屬的金屬的組織結(jié)構(gòu)對(duì)粘著磨損也有影響，多相金屬比單相金屬的抗粘著磨損能力高；金屬中化合物相比單相固溶體的粘著傾向抗粘著磨損能力高；金屬中化合物相比單相固溶體的粘著傾向小。小。通過(guò)表面處理技術(shù)在金屬表面生成硫化物、磷化物或氯化物等通過(guò)表面處理技術(shù)在金屬表面生成硫化物、磷化物或氯化物等薄膜可以

20、減少粘著效應(yīng)薄膜可以減少粘著效應(yīng)，同時(shí)表面膜限制了破壞深度，提高抗，同時(shí)表面膜限制了破壞深度，提高抗粘著磨損的能力。粘著磨損的能力。d.d.元素周期表中的元素周期表中的b b族元素族元素，如鍺、銀、鎘、銦、錫、銻、鉈、，如鍺、銀、鎘、銦、錫、銻、鉈、鉛、鉍鉛、鉍與鐵的冶金相容性差與鐵的冶金相容性差，抗粘著磨損性能好。而鐵與，抗粘著磨損性能好。而鐵與a a族元族元素組成的摩擦副粘著傾向大。素組成的摩擦副粘著傾向大。e.e.材料的硬度材料的硬度硬度高的金屬比硬度低的金屬抗粘著能力強(qiáng)硬度高的金屬比硬度低的金屬抗粘著能力強(qiáng)，因?yàn)楸砻娼佑|，因?yàn)楸砻娼佑|應(yīng)力大于較軟金屬硬度的應(yīng)力大于較軟金屬硬度的1/31

21、/3時(shí)，很多金屬將由輕微磨損轉(zhuǎn)時(shí)，很多金屬將由輕微磨損轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重的粘著磨損。變?yōu)閲?yán)重的粘著磨損。載荷的影響載荷的影響粘著磨損一般隨法向載荷增加到某一臨界值后而急劇增加，粘著磨損一般隨法向載荷增加到某一臨界值后而急劇增加，如圖所示，如圖所示，k/hk/h的比值實(shí)際上是材料硬度與許用壓力的關(guān)的比值實(shí)際上是材料硬度與許用壓力的關(guān)系。當(dāng)載荷值超過(guò)材料硬度值的系。當(dāng)載荷值超過(guò)材料硬度值的1/31/3時(shí)，磨損急劇增加，時(shí)，磨損急劇增加，嚴(yán)重時(shí)咬死。嚴(yán)重時(shí)咬死。因此因此設(shè)計(jì)中選擇的許用壓力必須低于材料硬度值的設(shè)計(jì)中選擇的許用壓力必須低于材料硬度值的1/31/3。速度的影響速度的影響在壓力一定的情況下，在壓力

22、一定的情況下，粘著磨損隨滑動(dòng)速度的粘著磨損隨滑動(dòng)速度的增加而增加，在達(dá)到某一極大值后，又隨著滑增加而增加，在達(dá)到某一極大值后，又隨著滑動(dòng)速度的增加而減少動(dòng)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(dòng)速度的變化，磨損類(lèi)型由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N隨著滑動(dòng)速度的變化，磨損類(lèi)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(shí)，主要是所示，當(dāng)摩擦速度很低時(shí)，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

23、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?dòng)速度再高，摩擦溫度上升，有利于氧化膜形成，又轉(zhuǎn)滑動(dòng)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(kāi)，磨損量又開(kāi)始增加。始增加。圖圖(b)(b)是滑動(dòng)速度保持一定而改變載荷所得到的鋼對(duì)是滑動(dòng)速度保持一定而改變載荷所得到的鋼對(duì)鋼磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果。鋼磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果。載荷小產(chǎn)生

24、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 o3 3；當(dāng)載荷達(dá)到當(dāng)載荷達(dá)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(guò)載荷超過(guò)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。表面溫度的影響表面溫度的影響表層溫度特性對(duì)于摩擦表面表層溫度特性對(duì)于摩擦表面的相互作用和破壞影響很大。的相互作用和破壞影響很大。表面溫度升高可使?jié)櫥なП砻鏈囟壬呖墒節(jié)櫥な?，使材料硬度下降，摩擦效，使材料硬度下降，摩擦表面容易產(chǎn)生粘著磨損。表面容易產(chǎn)生粘著磨損。 上圖為溫度

25、對(duì)膠合磨損的影響，可以看出，當(dāng)表上圖為溫度對(duì)膠合磨損的影響，可以看出，當(dāng)表面溫度達(dá)到臨界值面溫度達(dá)到臨界值( (約約8080) )時(shí)時(shí), , 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(dòng)速度和滑動(dòng)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，因此限制pv值是減少粘著磨值是減少粘著磨損和防止膠合發(fā)生的有效方法損和防止膠合發(fā)生的有效方法。潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的影響潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂的影響 在潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂中加人油性或極壓添加劑在潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂中加人油性或極壓添加劑能提高潤(rùn)滑油膜吸附能力及油膜強(qiáng)度，能成倍地能提高潤(rùn)滑

26、油膜吸附能力及油膜強(qiáng)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(qiáng)的分子組成，在是由極性非常強(qiáng)的分子組成，在常溫條件下，吸附在金屬表面上形成邊界潤(rùn)滑膜，常溫條件下，吸附在金屬表面上形成邊界潤(rùn)滑膜，防止金屬表面的直接接觸，保持摩擦面的良好潤(rùn)防止金屬表面的直接接觸，保持摩擦面的良好潤(rùn)滑狀態(tài)?；瑺顟B(tài)。 極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(qiáng)度素與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，生成一種低剪切強(qiáng)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

27、粘著現(xiàn)象。擦條件下而引起的粘著現(xiàn)象。 2 2、磨粒、磨粒( (磨料磨料) )磨損磨損(1)(1)定義定義 外界硬顆粒或者對(duì)磨表面上的硬突起物或粗糙峰外界硬顆?；蛘邔?duì)磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩在摩擦過(guò)程中引起擦過(guò)程中引起表面材料脫落表面材料脫落的現(xiàn)象的現(xiàn)象, , 稱(chēng)為磨粒磨損。稱(chēng)為磨粒磨損。 例如：掘土機(jī)鏟齒、犁耙、球磨機(jī)襯板等的磨損都是例如：掘土機(jī)鏟齒、犁耙、球磨機(jī)襯板等的磨損都是典型的磨粒磨損。機(jī)床導(dǎo)軌面由于切屑的存在也會(huì)引起典型的磨粒磨損。機(jī)床導(dǎo)軌面由于切屑的存在也會(huì)引起磨粒磨損。水輪機(jī)葉片和船舶螺旋槳等與含泥沙的水之磨粒磨損。水輪機(jī)葉片和船舶螺旋槳等與含泥沙的水之間的侵蝕磨損也屬于磨

28、粒磨損。間的侵蝕磨損也屬于磨粒磨損。(2)(2)磨粒磨損分類(lèi)及其磨損特征磨粒磨損分類(lèi)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(lèi)型：分為下列幾種類(lèi)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.二體磨粒磨損二體磨粒磨損磨粒沿一個(gè)固體表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)磨粒沿一個(gè)固體表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磨損。產(chǎn)生的磨損。當(dāng)磨粒運(yùn)動(dòng)方向與固體表面接當(dāng)磨粒運(yùn)動(dòng)方向與固體表面接近平行時(shí)近平行時(shí), , 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

29、痕跡。傷或微小的犁溝痕跡。如果磨粒運(yùn)動(dòng)方向與固體表面接近垂直時(shí)，如果磨粒運(yùn)動(dòng)方向與固體表面接近垂直時(shí)，此時(shí)此時(shí), , 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(duì)摩擦副中在一對(duì)摩擦副中, , 硬表面的粗糙峰對(duì)軟表面起著硬表面的粗糙峰對(duì)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(dòng)于兩摩擦表面之間外界磨粒移動(dòng)于兩摩擦表面之間, , 類(lèi)似于研磨類(lèi)似于研磨作

30、用作用, , 稱(chēng)為三體磨粒磨損。稱(chēng)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(guò)磨粒的壓潰強(qiáng)度往往超過(guò)磨粒的壓潰強(qiáng)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。而脆性金屬表面則發(fā)生脆裂或剝落。鑿削式磨粒磨損鑿削式磨粒磨損這類(lèi)磨損的特征是這類(lèi)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，

31、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(jī)的斗齒、如挖掘機(jī)的斗齒、礦石破碎機(jī)錘頭礦石破碎機(jī)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(lèi)磨損的特點(diǎn)是這類(lèi)磨損的特點(diǎn)是應(yīng)力高應(yīng)力高，磨料所受的應(yīng)力超過(guò)，磨料所受的應(yīng)力超過(guò)磨料的壓碎強(qiáng)度，當(dāng)

32、磨料夾在兩摩擦表面之間時(shí)，磨料的壓碎強(qiáng)度，當(dāng)磨料夾在兩摩擦表面之間時(shí)，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)力使韌性金韌性金屬的摩擦表面產(chǎn)生塑性變形或疲勞屬的摩擦表面產(chǎn)生塑性變形或疲勞, , 而脆性金屬而脆性金屬表面則發(fā)生脆裂或剝落表面則發(fā)生脆裂或剝落。同時(shí)磨料不斷被碾碎，被碾碎同時(shí)磨料不斷被碾碎，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(jī)的顎板、如礦石粉碎機(jī)的顎板、軋碎機(jī)滾筒等表面的破壞。軋碎機(jī)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

33、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(guò)它本身的壓潰強(qiáng)度。擦表面的應(yīng)力不超過(guò)它本身的壓潰強(qiáng)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。(3)(3)磨粒磨損機(jī)理磨粒磨損機(jī)理關(guān)于材料磨粒磨損主要有以下幾個(gè)假設(shè)：關(guān)于材料磨粒磨損主要有以下幾個(gè)假設(shè)：微觀切削假說(shuō)：微觀切削假說(shuō)：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(dòng)時(shí)磨料對(duì)表面產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)磨料對(duì)表面產(chǎn)生切削作用切削作用，材料脫離表，材料脫離表面形成磨屑。面形成磨屑。壓痕破壞假說(shuō)壓痕破壞假說(shuō)( (擦痕假說(shuō)擦痕假說(shuō)) )：磨料在載荷作

34、用下：磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產(chǎn)生壓痕，滑動(dòng)時(shí)使表面產(chǎn)生壓入摩擦表面而產(chǎn)生壓痕，滑動(dòng)時(shí)使表面產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形，壓痕兩側(cè)材料受到損傷嚴(yán)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(shuō)疲勞破壞假說(shuō)：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(kāi)始出現(xiàn)疲勞裂紋并，表面材料開(kāi)始出現(xiàn)疲勞裂紋并逐漸擴(kuò)大，最后從表面剝離。逐漸擴(kuò)大，最后從表面剝離。(4) (4) 磨粒磨損模型：磨粒磨損模型：簡(jiǎn)單的磨粒磨損計(jì)算方法是根據(jù)微量切削假說(shuō)得出，下圖為簡(jiǎn)單的磨粒磨損計(jì)算方法是根據(jù)微量切削假說(shuō)得出，下圖為磨粒磨損模型

35、。磨粒磨損模型?？梢詫⒛チ？醋鍪蔷哂绣F形的硬質(zhì)顆粒在軟材料上滑動(dòng)，犁可以將磨粒看做是具有錐形的硬質(zhì)顆粒在軟材料上滑動(dòng)，犁出一條溝。出一條溝。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(dòng)距離，滑動(dòng)距離為為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(dòng)時(shí)，滑動(dòng)時(shí)只有半個(gè)錐面只有半個(gè)錐面(前進(jìn)方向的錐面前進(jìn)方向的錐面)承受載荷，共有承受載荷，共有n個(gè)微凸個(gè)微凸體，則所受的法向載荷為：體，則所受的法向載荷為：將犁去的體積作為

36、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，其水平方向的投影面積為一個(gè)三角形，個(gè)三角形，單位滑動(dòng)距離的磨損量單位滑動(dòng)距離的磨損量(磨損率磨損率)為為q0=nhr, 因因?yàn)闉閞=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(dòng)和滑動(dòng)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，則則接觸表面的磨損接觸表面的磨損量量表達(dá)式為：表達(dá)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

37、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)。應(yīng)當(dāng)指出，上述分析忽略了許多實(shí)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(shí)際因素，例如磨粒的分布情況、材料彈性變形和滑動(dòng)前方材料堆例如磨粒的分布情況、材料彈性變形和滑動(dòng)前方材料堆積產(chǎn)生的接觸面積變化等等，積產(chǎn)生的接觸面積變化等等，因此式因此式(2)(2)近似地適用于近似地適用于二體磨粒磨損。二體磨粒磨損。在三體磨損中，一部分磨粒的運(yùn)動(dòng)是沿在三體磨損中，一部分磨粒的運(yùn)動(dòng)是沿表面滾動(dòng)，它們不產(chǎn)生切削作用，因此表面滾動(dòng)，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

38、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)相對(duì)耐磨度相對(duì)耐磨度：標(biāo)準(zhǔn)試樣磨損標(biāo)準(zhǔn)試樣磨損量和被評(píng)價(jià)試量和被評(píng)價(jià)試驗(yàn)試樣磨損量驗(yàn)試樣磨損量之比，其值越之比，其值越大，材料耐磨大，材料耐磨性越好。性越好。 材料硬度的影響：材料硬度的影響：(5) (5) 影響磨粒磨損的因素：影響磨粒磨損的因素：如圖如圖(a)(a)所示，所示，對(duì)于純金屬和退火鋼，其耐磨性與對(duì)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(yàn)結(jié)果。驗(yàn)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

39、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(qiáng)。量越高，其耐磨性也越強(qiáng)。右圖為表面冷作硬化對(duì)低右圖為表面冷作硬化對(duì)低應(yīng)力磨粒磨損試驗(yàn)時(shí)的耐應(yīng)力磨粒磨損試驗(yàn)時(shí)的耐磨性的影響。磨性的影響。由圖可見(jiàn)，

40、冷作硬化后，由圖可見(jiàn)，冷作硬化后，表層硬度的提高并沒(méi)有使表層硬度的提高并沒(méi)有使耐磨性增加，甚至有下降耐磨性增加，甚至有下降的趨勢(shì)。所以的趨勢(shì)。所以在低應(yīng)力磨在低應(yīng)力磨損時(shí)，冷作硬化不能提高損時(shí)，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(guò)程中組織未發(fā)性變形的過(guò)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(shí)際使用條件與上述試驗(yàn)應(yīng)提出的是，零件實(shí)際使用條件與上述試驗(yàn)條件相近時(shí)，以上結(jié)論才是適用的。條件相近時(shí)，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

41、素起作用，這時(shí)就粒磨損之外，可能還有其他因素起作用，這時(shí)就不能簡(jiǎn)單套用上述結(jié)論。不能簡(jiǎn)單套用上述結(jié)論。例如，表面層的機(jī)械冷例如，表面層的機(jī)械冷作硬化作硬化( (噴丸處理、滾壓強(qiáng)化等噴丸處理、滾壓強(qiáng)化等) )是提高零件疲勞是提高零件疲勞強(qiáng)度的方法，由于提高了材料的表面硬度，這對(duì)強(qiáng)度的方法，由于提高了材料的表面硬度，這對(duì)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(duì)耐磨性。對(duì)耐磨性。 以上所述是指冷作硬化對(duì)以上所述是指冷作硬化對(duì)低應(yīng)力磨粒磨損低應(yīng)力磨粒磨損時(shí)時(shí)的耐磨性的影響。的耐磨性的影響。 對(duì)于對(duì)于高應(yīng)力磨粒磨損高應(yīng)力磨粒磨損曾用球磨機(jī)鋼球進(jìn)行了曾用球磨機(jī)

42、鋼球進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，材料在受高應(yīng)力沖擊載荷下，試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，材料在受高應(yīng)力沖擊載荷下，表面會(huì)受到加工硬化，表面會(huì)受到加工硬化，加工硬化后的硬度愈高，加工硬化后的硬度愈高，其耐磨抗力也愈高其耐磨抗力也愈高。 高錳鋼的耐磨性也可說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。此鋼淬高錳鋼的耐磨性也可說(shuō)明這個(gè)問(wèn)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(shí)，火后為軟而韌的奧氏體組織，當(dāng)受低應(yīng)力磨損時(shí)，它的耐磨性不好，而在高應(yīng)力磨損的場(chǎng)合，它具它的耐磨性不好，而在高應(yīng)力磨損的場(chǎng)合，它具有特別高的耐磨性。這是由于奧氏體在塑性變形有特別高的耐磨性。這是由于奧氏體在塑性變形時(shí)其加工硬化率很高，同時(shí)還因?yàn)槠鋾r(shí)其加工硬化率很高，同

43、時(shí)還因?yàn)槠滢D(zhuǎn)變?yōu)楹苡厕D(zhuǎn)變?yōu)楹苡驳鸟R氏體的馬氏體。生產(chǎn)實(shí)踐證明，高錳鋼用作碎石機(jī)錘。生產(chǎn)實(shí)踐證明，高錳鋼用作碎石機(jī)錘頭可呈現(xiàn)很好的耐磨性。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(lái)考慮耐磨性與硬度的關(guān)系。提高硬度的方法來(lái)考慮耐磨性與硬度的關(guān)系。相對(duì)硬度影響：相對(duì)硬度影響：磨粒磨損取決于磨粒磨損取決于磨料硬度磨料硬度h0與與試件試件材料硬度材料硬度h h比值

44、，如圖所示比值，如圖所示的三種不同的磨損狀態(tài)的三種不同的磨損狀態(tài): :：當(dāng)磨料硬度低于試件材料：當(dāng)磨料硬度低于試件材料硬度硬度, , 即即h h0 0 0.7h0.7h時(shí)，輕微時(shí)，輕微磨磨損階段。損階段。 ：當(dāng)磨料硬度超過(guò)試件材料硬度后，即：當(dāng)磨料硬度超過(guò)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(shí)，氧化膜和基體，在小載荷引起小變形時(shí)，氧化膜和基體金屬同時(shí)變形，氧化磨損小些，若變形量大，則金屬同時(shí)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

45、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(shí)的耐磨性好。破碎，此時(shí)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(huì)直接影響磨損率。金屬在還原性氣介質(zhì)含氧量會(huì)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?yàn)榭諝庵兴纬傻难趸?qiáng)度高，氣中大。這是因?yàn)榭諝庵兴纬傻难趸?qiáng)度高，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(rùn)滑狀態(tài)的影響潤(rùn)滑狀態(tài)的影響 用油脂潤(rùn)滑時(shí)，油脂除了起減磨作用外，又用油脂潤(rùn)滑時(shí)，油脂除了起減磨作用外，又隔絕

46、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(huì)腐蝕摩擦面。氧化物，會(huì)腐蝕摩擦面。 生產(chǎn)中有時(shí)利用危害性小的腐蝕磨損以防止生產(chǎn)中有時(shí)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(chē)后橋中采用雙曲線齒輪傳動(dòng)，由于雙如汽車(chē)后橋中采用雙曲線齒輪傳動(dòng)，由于雙曲線齒輪副接觸應(yīng)力較大，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(rùn)滑中有意加入損。為了阻止這種粘著磨損，在潤(rùn)滑中有意加入腐蝕性極壓添加劑腐蝕性極壓添

47、加劑，使油膜強(qiáng)度提高，使油膜強(qiáng)度提高，寧可產(chǎn)生寧可產(chǎn)生較低的腐蝕磨損，而避免嚴(yán)重的粘著磨損出現(xiàn)較低的腐蝕磨損，而避免嚴(yán)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(duì)于在化工設(shè)備中工作的摩擦副，由于金屬表對(duì)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。而造成的磨損。其腐蝕磨損的機(jī)理與氧化磨損相似其腐蝕磨損的機(jī)理與氧化磨損相似, , 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。磨屑呈顆粒狀和絲狀呈顆粒狀和絲狀, , 它們是表面金

48、屬與周?chē)橘|(zhì)它們是表面金屬與周?chē)橘|(zhì)的化合物。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(hù)膜。而生成耐磨性較好的保護(hù)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(qiáng)而加快磨損率隨著介質(zhì)腐蝕性的增強(qiáng)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。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

49、高、結(jié)構(gòu)致密的鈍化膜鈍化膜，從而，從而減輕腐蝕磨損。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(hù)膜以上，表面生成保護(hù)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(dòng)軸承材料鎘、鉛等元素的滑動(dòng)軸承材料很容易被潤(rùn)滑很容易被潤(rùn)滑油里的酸性物質(zhì)腐蝕，在軸承表面上生成黑點(diǎn)，逐油里的酸性物質(zhì)腐蝕，在軸承表面上生成黑點(diǎn)，逐漸擴(kuò)展成海綿狀空洞，在摩擦過(guò)程中成小塊剝落

50、。漸擴(kuò)展成海綿狀空洞，在摩擦過(guò)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(shí)，與油時(shí)，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(shí)高溫時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的表面損氣蝕是固體表面與液體相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的表面損傷，通常發(fā)生在水泵零件、水輪機(jī)葉片和船舶螺旋槳等表傷，通常發(fā)生在水泵零件、水輪機(jī)葉片和船舶螺旋槳等表面。面。氣蝕的機(jī)理：氣蝕的機(jī)理： 當(dāng)液體在與固體表面接觸處的壓力低于

51、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(shí)，將在固體表面附近形成氣泡。另外，溶解在液體中的時(shí)，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(dòng)到液體壓力超過(guò)氣泡壓力的地方時(shí)，隨后，當(dāng)氣泡流動(dòng)到液體壓力超過(guò)氣泡壓力的地方時(shí)，氣泡便潰滅，在潰滅瞬時(shí)產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫。氣泡便潰滅，在潰滅瞬時(shí)產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫。固體固體表面經(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，使表面出現(xiàn)小凹坑，進(jìn)而發(fā)展成海綿狀。嚴(yán)重的氣蝕可在使表面出現(xiàn)小凹坑，進(jìn)而發(fā)展成海綿狀。嚴(yán)重

52、的氣蝕可在表面形成大片的凹坑，深度可達(dá)表面形成大片的凹坑，深度可達(dá)20mm20mm。 氣蝕的機(jī)理是由于沖擊應(yīng)力造成的表面疲勞破壞，但氣蝕的機(jī)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(guò)程。蝕的破壞過(guò)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)使在液體中運(yùn)動(dòng)的首先應(yīng)使在液體中運(yùn)動(dòng)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?yàn)闇u流區(qū)壓力低避免在局部地方出現(xiàn)渦流，因?yàn)闇u流區(qū)壓力低, , 容易產(chǎn)生氣泡。此外，應(yīng)當(dāng)

53、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(dòng)中的擾動(dòng)和液體流動(dòng)中的擾動(dòng)，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(qiáng)度和韌性高的金屬材料具有較好的抗氣蝕性能強(qiáng)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好是耐氣蝕性能較好的材料的材料。提高材料的抗腐蝕性也將減少氣蝕破壞。提高材料的抗腐蝕性也將減少氣蝕破壞。 (6)(6)微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損定義：定義： 微動(dòng)磨損是一種典型的微動(dòng)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(gè)表

54、面之間由于兩個(gè)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(duì)的相對(duì)振動(dòng)而產(chǎn)生的磨損振動(dòng)而產(chǎn)生的磨損。如果在微動(dòng)磨損過(guò)程中兩個(gè)。如果在微動(dòng)磨損過(guò)程中兩個(gè)表面之間的化學(xué)反應(yīng)起主要作用時(shí)，則可稱(chēng)為微表面之間的化學(xué)反應(yīng)起主要作用時(shí)，則可稱(chēng)為微動(dòng)腐蝕磨損。動(dòng)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)、外摩擦片的接合面上，以及一些受振動(dòng)影響的連接體等振動(dòng)影響的連接體等( (花鍵、銷(xiāo)、螺釘花鍵、銷(xiāo)、螺釘) )的接合面的接合面上，都可能出現(xiàn)微動(dòng)磨損。上，都可能出現(xiàn)微動(dòng)磨損。微動(dòng)磨損的機(jī)理：微動(dòng)磨損的機(jī)理： 接觸壓力使摩擦副表面的凸起部分發(fā)生接觸壓力