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(jī)件表面相互接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸有微小顆粒分離出來(lái)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(guò)程磨損量與時(shí)間的關(guān)系曲線時(shí)間（或摩擦過(guò)程）磨損量劇烈磨損穩(wěn)定磨損跑合O不變遞升遞減時(shí)間磨損速率磨損速率與時(shí)間的關(guān)系曲線摩擦副43、耐磨性（1）線磨損量即機(jī)件摩擦表面的法線方向的尺寸減少量。（2）體積磨損或質(zhì)量磨損即機(jī)件體積或質(zhì)量的損失量（3）相對(duì)耐磨性

相對(duì)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(dòng)摩擦條件下，摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小時(shí)發(fā)生。它是由于摩擦副表面突起點(diǎn)，這些突起點(diǎn)在接觸面積上產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生塑性變形，使得這部分表面的潤(rùn)滑油膜和氧化膜被擠破，造成裸露出來(lái)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(dāng)摩擦副一方表面存在堅(jiān)硬細(xì)微突起，或者接觸面之間存在著硬質(zhì)顆粒時(shí)所產(chǎn)生的一種磨損。磨損表面明顯存在硬質(zhì)顆?；蛲黄鸹龅臏喜?。挖掘機(jī)斗齒、銑床導(dǎo)軌、球磨罐等73、腐蝕磨損

摩擦過(guò)程中，摩擦副之間或摩擦副表面與環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物的形成和脫落引起腐蝕磨損。化工機(jī)械（1）氧化磨損摩擦副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面凹凸不平的部位產(chǎn)生很大的應(yīng)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(kuò)散，形成氧化膜。氧化膜的強(qiáng)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(guò)程稱為氧化磨損過(guò)程。8

宏觀特征：在摩擦副表面有均勻細(xì)小的磨痕。（2）微動(dòng)磨損復(fù)合磨損摩擦副表面之間由于微小振動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損稱為微動(dòng)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(jī)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(jié)合力，同時(shí)降低表面摩擦系數(shù)。常見(jiàn)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(yīng)力

實(shí)驗(yàn)證明，粘著磨損量隨摩擦面法線方向應(yīng)力增大而增加，應(yīng)力超過(guò)材料硬度的1/3時(shí)，磨損量急劇增加，所以機(jī)件的允許使用壓應(yīng)力應(yīng)低于材料硬度值的1/3。4、適當(dāng)降低表面粗糙度、溫度，改善潤(rùn)滑條件

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

通過(guò)熱處理提高機(jī)件摩擦面的硬度能夠顯著改善機(jī)件的耐磨性。實(shí)際上，這種方法是通過(guò)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(duì)于高應(yīng)力沖擊載荷下的機(jī)件，應(yīng)選擇高韌性和高加工硬化的材料，如高錳鋼Mn13。12（2）對(duì)于低應(yīng)力沖擊載荷的機(jī)件，選擇經(jīng)過(guò)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(xué)熱處理提高表面硬度4、機(jī)件防塵與清洗13§7.4金屬接觸疲勞1、基本概念

機(jī)件兩接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，材料表面產(chǎn)生疲勞損傷，導(dǎo)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(diǎn)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(yīng)力（赫茲應(yīng)力）

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

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

剝落深度在0.2mm以下的小塊剝落稱為點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕外觀為針狀或點(diǎn)狀凹坑，截面呈不對(duì)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(cè)面的一側(cè)與表面成銳角，另一側(cè)與表面垂直。

最大切應(yīng)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(guò)渡區(qū)是薄弱區(qū)，萌生裂紋，先平行于表面擴(kuò)展，后垂直于表面擴(kuò)展，最后形成大的剝落坑。16麻點(diǎn)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(dāng)?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(jié)構(gòu)

熱處理可以提高強(qiáng)度、硬度，材料抗拉強(qiáng)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(qiáng)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(guò)大，則容易在過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生深層剝落。（4）殘余應(yīng)力在滲碳層中一定范圍內(nèi)存在殘余壓應(yīng)力，可以提高接觸疲勞壽命。19外部因素（1