磨損及磨損理論

1、 摩擦學(xué)基礎(chǔ)知識摩擦學(xué)基礎(chǔ)知識磨損及磨損理論磨損及磨損理論第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的零件之間都將因相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的零件之間都將因相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，而生摩擦，而磨損正是由于摩擦產(chǎn)生的結(jié)果磨損正是由于摩擦產(chǎn)生的結(jié)果。由于磨損，將造成。由于磨損，將造成表層材料的損耗，零件尺寸發(fā)生變化，直接影響了零件的使用表層材料的損耗，零件尺寸發(fā)生變化，直接影響了零件的使用壽命。從材料學(xué)科特別是從材料的工程應(yīng)用來看，人們更重視壽命。從材料學(xué)科特別是從材料的工程應(yīng)用來看，人們更重視研究材料的磨損。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界能源的研究材料的磨損。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界能源的1312

2、消耗消耗于摩擦，而機(jī)械零件于摩擦，而機(jī)械零件80失效原因是磨損。失效原因是磨損。輪胎壓痕輪胎壓痕(SEM 5000X)摩擦痕跡摩擦痕跡(350X)1.1磨損研究的重要性1.2磨損研究的進(jìn)展 磨損的研究工作開展得較遲，本世紀(jì)磨損的研究工作開展得較遲，本世紀(jì)50年代初期在工業(yè)年代初期在工業(yè)發(fā)展國家開始研究發(fā)展國家開始研究“粘著磨損粘著磨損”理論，探討磨損機(jī)理。理論，探討磨損機(jī)理。1953年美國的年美國的J. F. Archard 提出了提出了簡單的磨損計(jì)算公式簡單的磨損計(jì)算公式，1957年蘇聯(lián)的克拉蓋爾斯基提出了年蘇聯(lián)的克拉蓋爾斯基提出了固體疲勞理論和計(jì)算方法固體疲勞理論和計(jì)算方法，1973年美國

3、的年美國的N.P.Suh提出了提出了磨損剝層理論磨損剝層理論。 20 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代后，由于電子顯微鏡、光譜儀、能譜儀、年代后，由于電子顯微鏡、光譜儀、能譜儀、俄歇譜儀以及電子衍射儀等測試儀器和放射性同位素示蹤技俄歇譜儀以及電子衍射儀等測試儀器和放射性同位素示蹤技術(shù)、鐵譜技術(shù)等大量的綜合的應(yīng)用，使得術(shù)、鐵譜技術(shù)等大量的綜合的應(yīng)用，使得磨損研究在磨損力磨損研究在磨損力學(xué)、機(jī)理、失效分析、監(jiān)測及維修等方面有了較快的發(fā)展學(xué)、機(jī)理、失效分析、監(jiān)測及維修等方面有了較快的發(fā)展。把磨損試驗(yàn)機(jī)直接裝在電子顯微鏡內(nèi)進(jìn)行觀察和電視錄像，把磨損試驗(yàn)機(jī)直接裝在電子顯微鏡內(nèi)進(jìn)行觀察和電視錄像，了解磨損的動(dòng)態(tài)過

4、程；研究磨損的表面，次表面及磨屑形貌、了解磨損的動(dòng)態(tài)過程；研究磨損的表面，次表面及磨屑形貌、成分、組織和性能的變化，以搞清磨損機(jī)理，分析和監(jiān)測磨成分、組織和性能的變化，以搞清磨損機(jī)理，分析和監(jiān)測磨損過程，從而尋求提高機(jī)器壽命的可能途徑。損過程，從而尋求提高機(jī)器壽命的可能途徑。 1.31.3磨損定義：磨損定義： 磨損是摩擦副相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在摩擦的作用下，材料表磨損是摩擦副相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，在摩擦的作用下，材料表面物質(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象。面物質(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象。 表面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、化學(xué)作用和熱作用。表面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、化學(xué)作用和熱作用。 (1) (1

5、) 機(jī)械作用使摩擦表面發(fā)生物質(zhì)損失及摩擦表面變形。機(jī)械作用使摩擦表面發(fā)生物質(zhì)損失及摩擦表面變形。 (2) (2) 化學(xué)作用使摩擦表面發(fā)生性狀的改變。化學(xué)作用使摩擦表面發(fā)生性狀的改變。 (3) (3) 熱作用使摩擦的表面發(fā)生形狀的改變。熱作用使摩擦的表面發(fā)生形狀的改變。 (4) (4) 造成各種磨損的產(chǎn)生其他作用。造成各種磨損的產(chǎn)生其他作用。v定義說明定義說明 磨損并不局限于機(jī)械作用，由于伴同化學(xué)作用而產(chǎn)生的磨損并不局限于機(jī)械作用，由于伴同化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕腐蝕磨損磨損；由于界面放電作用而引起物質(zhì)轉(zhuǎn)移的；由于界面放電作用而引起物質(zhì)轉(zhuǎn)移的電火花磨損電火花磨損；以及；以及由于伴同熱效應(yīng)而造成的由于

6、伴同熱效應(yīng)而造成的熱磨損熱磨損等現(xiàn)象都在磨損的范圍之內(nèi)；等現(xiàn)象都在磨損的范圍之內(nèi)； 定義強(qiáng)調(diào)磨損是相對運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象，因而，橡膠表面老定義強(qiáng)調(diào)磨損是相對運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象，因而，橡膠表面老化、材料腐蝕等非相對運(yùn)動(dòng)中的現(xiàn)象不屬于磨損研究的范疇；化、材料腐蝕等非相對運(yùn)動(dòng)中的現(xiàn)象不屬于磨損研究的范疇；v定義說明定義說明磨損發(fā)生在物體工作表面材料上，其它非界面材料的損失磨損發(fā)生在物體工作表面材料上，其它非界面材料的損失或破壞，不包括在磨損范圍之內(nèi)；或破壞，不包括在磨損范圍之內(nèi)；磨損是不斷損失或破壞的現(xiàn)象，損失包括直接耗失材料磨損是不斷損失或破壞的現(xiàn)象，損失包括直接耗失材料和材料的轉(zhuǎn)移和材料的轉(zhuǎn)移(

7、 (材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面上去材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面上去) )，破壞包括產(chǎn)生殘余變形，失去表面精度和光澤等。不斷損破壞包括產(chǎn)生殘余變形，失去表面精度和光澤等。不斷損失或破壞則說明磨損過程是連續(xù)的、有規(guī)律的，而不是偶失或破壞則說明磨損過程是連續(xù)的、有規(guī)律的，而不是偶然的幾次。然的幾次。1.4 1.4 磨損的危害：磨損的危害： (1) (1) 影響機(jī)器的質(zhì)量，減低設(shè)備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，影響機(jī)器的質(zhì)量，減低設(shè)備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，破壞了漸開線齒形，傳動(dòng)中導(dǎo)致沖擊振動(dòng)。機(jī)床主軸軸承磨損，破壞了漸開線齒形，傳動(dòng)中導(dǎo)致沖擊振動(dòng)。機(jī)床主軸軸承磨損，影響零件的加工精度。影

8、響零件的加工精度。 (2) (2) 降低機(jī)器的效率，消耗能量。如柴油機(jī)缸套的磨損，導(dǎo)致功降低機(jī)器的效率，消耗能量。如柴油機(jī)缸套的磨損，導(dǎo)致功率不能充分發(fā)揮。率不能充分發(fā)揮。 (3)(3)減少機(jī)器的可靠性，造成不安全的因素。如斷齒、鋼軌磨損。減少機(jī)器的可靠性，造成不安全的因素。如斷齒、鋼軌磨損。 (4) (4) 消耗材料消耗材料, , 造成機(jī)械材料的大面積報(bào)廢。造成機(jī)械材料的大面積報(bào)廢。1.5 1.5 研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：v(1) 磨損類型及發(fā)生條件、特征和變化規(guī)律。磨損類型及發(fā)生條件、特征和變化規(guī)律。v(2) 影響磨損各種因素，包括材料、表面形影響磨損各種因素，包括材料、表面形 態(tài)、態(tài)、 環(huán)境

9、、滑環(huán)境、滑動(dòng)速度、載荷、溫度等。動(dòng)速度、載荷、溫度等。v(3) 磨損的物理模型、計(jì)算及改善措施。磨損的物理模型、計(jì)算及改善措施。v(4) 磨損的測試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析方法。磨損的測試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析方法。表面被磨平，表面被磨平，實(shí)際接觸面實(shí)際接觸面積不斷增大，積不斷增大，表面應(yīng)變硬表面應(yīng)變硬化，形成氧化，形成氧化膜，磨損化膜，磨損速率減小。速率減小。斜率就是磨損速率，唯一穩(wěn)定值；斜率就是磨損速率，唯一穩(wěn)定值；大多數(shù)機(jī)件在穩(wěn)定磨損階段（大多數(shù)機(jī)件在穩(wěn)定磨損階段（AB段）服役；段）服役； 磨損性能是根據(jù)機(jī)件在此階段磨損性能是根據(jù)機(jī)件在此階段 的表現(xiàn)來評價(jià)。的表現(xiàn)來評價(jià)。隨磨損的增長，磨耗隨磨損的增長，

10、磨耗增加，表面間隙增大，增加，表面間隙增大，表面質(zhì)量惡表面質(zhì)量惡 化，機(jī)件快速失效?；?，機(jī)件快速失效。1.61.6 磨損過程的一般規(guī)律：磨損過程的一般規(guī)律：1、磨損過程分為三個(gè)階段、磨損過程分為三個(gè)階段:非典型磨損曲線非典型磨損曲線 2. 磨損特性曲線磨損特性曲線典型浴盆曲線典典型浴盆曲線典型浴盆曲線型浴盆曲線1.7 磨損類型磨損類型1、磨損磨損類型類型其其他他磨磨損損類類型型破壞方式破壞方式 基基 本本 特特 征征微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通常作為磨料加劇磨損。常作為磨料加劇磨損。剝剝 層層破壞首

11、先發(fā)生在次表層，位錯(cuò)塞積，裂紋成核，并向表面擴(kuò)展，破壞首先發(fā)生在次表層，位錯(cuò)塞積，裂紋成核，并向表面擴(kuò)展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。膠膠 合合表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大粘著坑塊，在高速表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大粘著坑塊，在高速重載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下片片粘著坑。重載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下片片粘著坑。咬咬 死死黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。摩擦副相對運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。點(diǎn)點(diǎn) 蝕蝕材料以極

12、細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多材料以極細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑豆斑”狀凹坑。狀凹坑。研研 磨磨 宏觀上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；?。宏觀上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；邸潉?傷傷低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。鑿鑿 削削存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成2 2、 表面破壞方式及特征表面破壞方式及特征磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通常磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通常作為磨料加劇磨損。作為磨料加劇磨損。表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大

13、粘著坑塊，在高速重表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大粘著坑塊，在高速重載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下片片粘著坑。載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下片片粘著坑。黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。摩擦副相對運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。破壞首先發(fā)生在次表層，位錯(cuò)塞積，裂紋成核，并向表面擴(kuò)展，破壞首先發(fā)生在次表層，位錯(cuò)塞積，裂紋成核，并向表面擴(kuò)展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。材料以極細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多材料以極細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑豆斑”狀

14、凹坑。狀凹坑。低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。宏觀上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；邸：暧^上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；?。存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成3. 3. 表面破壞方式與機(jī)理對應(yīng)關(guān)系表面破壞方式與機(jī)理對應(yīng)關(guān)系1.81.8磨損的評定磨損的評定 磨損時(shí)零件表面的損壞是材料表面單個(gè)微觀體積損壞的總和。目前磨損時(shí)零件表面的損壞是材料表面單個(gè)微觀體積損壞的總和。目前對磨損評定方法還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這里主要介紹三種方法：對磨損評定方法還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這里主要介紹三種方法：磨損

15、量、磨損量、耐磨性和磨損比耐磨性和磨損比。 （1）磨損量）磨損量 評定材料磨損的三個(gè)基本磨損量是評定材料磨損的三個(gè)基本磨損量是長度磨損量長度磨損量Wl、體積磨損量體積磨損量Wv和和重量磨損量重量磨損量Ww。 長度磨損量長度磨損量是指磨損過程中零件表面尺寸的改變量，這在實(shí)際設(shè)備的是指磨損過程中零件表面尺寸的改變量，這在實(shí)際設(shè)備的磨損監(jiān)測中經(jīng)常使用。磨損監(jiān)測中經(jīng)常使用。 體積磨損量體積磨損量和重量磨損量是指磨損過程中零件或試樣的體積或重量的和重量磨損量是指磨損過程中零件或試樣的體積或重量的改變量。改變量。 在所有的情況下，磨損都是時(shí)間的函數(shù)，因此，用在所有的情況下，磨損都是時(shí)間的函數(shù)，因此，用磨損

16、率磨損率Wt來表示來表示時(shí)間的特性。其它指標(biāo)還有時(shí)間的特性。其它指標(biāo)還有磨損強(qiáng)度磨損強(qiáng)度W(單位摩擦距離的磨損量，有人單位摩擦距離的磨損量，有人也把它稱為磨損率也把它稱為磨損率)，和，和磨損速度磨損速度WT(是指機(jī)器完成一單位工作量的磨損是指機(jī)器完成一單位工作量的磨損量量)。（2 2）耐磨性）耐磨性 材料的耐磨性是指在一定工作條件下材料耐磨損的特性。材料的耐磨性是指在一定工作條件下材料耐磨損的特性。材料耐磨性分為材料耐磨性分為相對耐磨性和絕對耐磨性相對耐磨性和絕對耐磨性兩種。材料的相對兩種。材料的相對耐磨性耐磨性是指兩種材料是指兩種材料A與與B在相同的外部條件下磨損量的比在相同的外部條件下磨損

17、量的比值，其中材料之一的值，其中材料之一的A是標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)(或參考或參考)試樣。試樣。AWA/WB 磨損量磨損量WA和和WB一般用體積磨損量，特殊情況下可使用一般用體積磨損量，特殊情況下可使用其它磨損量。其它磨損量。 耐磨性通常也用絕對指標(biāo)耐磨性通常也用絕對指標(biāo)W-1或或W -1表示，即用磨損量或表示，即用磨損量或磨損率的倒數(shù)表示。磨損率的倒數(shù)表示。W-1=1/W, W -1=1/W 耐磨性使用最多的是體積磨損量的倒數(shù)耐磨性使用最多的是體積磨損量的倒數(shù)，也可用體積磨，也可用體積磨損率、體積磨損強(qiáng)度或體積磨損速度的倒數(shù)表示。損率、體積磨損強(qiáng)度或體積磨損速度的倒數(shù)表示。 絕對耐磨絕對耐磨性和相對耐磨

18、性的關(guān)系是性和相對耐磨性的關(guān)系是AWAW1 （3 3）磨損比）磨損比 沖蝕磨損過程中常用磨損比沖蝕磨損過程中常用磨損比( (也有稱磨損率也有稱磨損率) )來度來度量磨損。量磨損。 它必須在穩(wěn)態(tài)磨損過程中測量，在其它磨損階段它必須在穩(wěn)態(tài)磨損過程中測量，在其它磨損階段中所測量的磨損比將有較大的差別。中所測量的磨損比將有較大的差別。 不論是磨損量、耐磨性和磨損比，它們都是在一不論是磨損量、耐磨性和磨損比，它們都是在一定實(shí)驗(yàn)條件或工況下的相對指標(biāo)，不同實(shí)驗(yàn)條件或定實(shí)驗(yàn)條件或工況下的相對指標(biāo)，不同實(shí)驗(yàn)條件或工況下的數(shù)據(jù)是不可比較的。工況下的數(shù)據(jù)是不可比較的。）料量（造成該磨損量所用的磨）或材料的沖蝕磨損

19、量（磨損比gmg3第二節(jié)第二節(jié) 粘著磨損粘著磨損1 定義定義: 當(dāng)摩擦副相對滑動(dòng)時(shí)當(dāng)摩擦副相對滑動(dòng)時(shí), 由于粘著效應(yīng)由于粘著效應(yīng)所形成結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材所形成結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材料或脫落成磨屑，或由一個(gè)表面遷移到料或脫落成磨屑，或由一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，此類磨損稱為粘著磨損。另一個(gè)表面，此類磨損稱為粘著磨損。2 粘著磨損機(jī)理：粘著磨損機(jī)理： 當(dāng)摩擦副接觸時(shí)，接觸首先發(fā)生在少數(shù)幾當(dāng)摩擦副接觸時(shí)，接觸首先發(fā)生在少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立的微凸體上。因此，在一定的法向載荷個(gè)獨(dú)立的微凸體上。因此，在一定的法向載荷作用下，微凸體的局部壓力就可能超過材料的作用下，微凸體的局部壓力就可能超過材料的屈

20、服壓力而發(fā)生塑性變形，繼而使兩摩擦表面屈服壓力而發(fā)生塑性變形，繼而使兩摩擦表面產(chǎn)生粘著（焊接）產(chǎn)生粘著（焊接） 。當(dāng)微凸體相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，。當(dāng)微凸體相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，相互焊接的微凸體發(fā)生剪切、斷裂。脫落的材相互焊接的微凸體發(fā)生剪切、斷裂。脫落的材料或成為磨屑，或發(fā)生轉(zhuǎn)移。如撕斷處在焊接料或成為磨屑，或發(fā)生轉(zhuǎn)移。如撕斷處在焊接的部位，不發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。如撕斷處不在焊的部位，不發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。如撕斷處不在焊接的部位，則發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。接的部位，則發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。粘著粘著-剪斷剪斷-轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移-再粘著循環(huán)不斷進(jìn)行，構(gòu)成粘著磨損過程。再粘著循環(huán)不斷進(jìn)行，構(gòu)成粘著磨損過程。粘粘著著磨磨損損(1)(1)輕微磨損輕微磨

21、損: : 粘著結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副基體金屬抗剪切強(qiáng)度都低粘著結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副基體金屬抗剪切強(qiáng)度都低，剪切破壞發(fā)生在，剪切破壞發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料較輕微。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，材料遷移也不顯著。通常此時(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膜、硫化膜或其他涂層時(shí)發(fā)生輕微粘著摩損。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。(2)(2)涂抹涂抹: : 粘著結(jié)合強(qiáng)度大于較軟金屬抗剪切強(qiáng)度粘著結(jié)合強(qiáng)度大于較軟金屬抗剪切強(qiáng)度，小于較硬金屬抗剪切強(qiáng)度。，小于較硬金屬抗剪切強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在離

22、粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬金屬表面。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。金屬表面。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。v粘著磨損又稱擦傷或咬合磨損。粘著磨損又稱擦傷或咬合磨損。v出現(xiàn)條件：相對滑動(dòng)速度小，接觸面氧化膜脆弱，出現(xiàn)條件：相對滑動(dòng)速度小，接觸面氧化膜脆弱，潤滑條件差，接觸應(yīng)力大。潤滑條件差，接觸應(yīng)力大。 根據(jù)粘著點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞位置不同，粘著磨損根據(jù)粘著點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞位置不同，粘著磨損一下五種不同的形式一下五種不同的形式（五類典型粘著磨損）（五類典型粘著磨損） ：(3)擦傷

23、：擦傷： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基本金屬的抗剪強(qiáng)度都高。粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基本金屬的抗剪強(qiáng)度都高。剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表層內(nèi)或硬金屬的亞表層內(nèi)，轉(zhuǎn)移到硬金屬上的粘著物使軟表面出現(xiàn)細(xì)而淺劃層內(nèi)或硬金屬的亞表層內(nèi)，轉(zhuǎn)移到硬金屬上的粘著物使軟表面出現(xiàn)細(xì)而淺劃痕，硬金屬表面也偶有劃傷。痕，硬金屬表面也偶有劃傷。(4)劃傷：劃傷： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，切應(yīng)力高于粘著結(jié)合強(qiáng)度。，切應(yīng)力高于粘著結(jié)合強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在摩擦副金屬較深處，表面呈現(xiàn)寬而深的劃痕。剪切破壞發(fā)生在摩擦副金屬較深處，表面呈現(xiàn)寬而深的劃痕。 此時(shí)表面將沿著滑動(dòng)方

24、向呈現(xiàn)明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。如果滑動(dòng)繼此時(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)生的熱量使表面溫度劇增，極易出現(xiàn)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，使摩擦副之間咬死而不能相對滑動(dòng)。局部熔焊，使摩擦副之間咬死而不能相對滑動(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。(5) 咬死：咬死： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，粘著區(qū)域大，切應(yīng)力低于粘，粘著區(qū)域大，切應(yīng)力低于粘著結(jié)合強(qiáng)度。摩擦副之間發(fā)生嚴(yán)重粘著而不能相對運(yùn)動(dòng)。著結(jié)

25、合強(qiáng)度。摩擦副之間發(fā)生嚴(yán)重粘著而不能相對運(yùn)動(dòng)。 Archard(1953年年)提出的粘著磨損計(jì)算模型見下圖。選取摩擦副之間的粘著結(jié)提出的粘著磨損計(jì)算模型見下圖。選取摩擦副之間的粘著結(jié)點(diǎn)面積為以點(diǎn)面積為以a為半徑的圓，每一個(gè)粘著結(jié)點(diǎn)的接觸面積為為半徑的圓，每一個(gè)粘著結(jié)點(diǎn)的接觸面積為a2假設(shè)摩擦副的一方假設(shè)摩擦副的一方為較硬材料，摩擦副另一方為較軟材料；法向載荷為較硬材料，摩擦副另一方為較軟材料；法向載荷W由由n個(gè)半徑為個(gè)半徑為a的相同微凸體的相同微凸體承受。承受。3. 3. 簡單粘著磨損計(jì)算簡單粘著磨損計(jì)算( (艾查德艾查德 ArchardArchard模型模型) )： 當(dāng)材料產(chǎn)生塑性變形時(shí)，法

26、向載荷當(dāng)材料產(chǎn)生塑性變形時(shí)，法向載荷W與較軟材料的屈服極限與較軟材料的屈服極限y之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 當(dāng)摩擦副產(chǎn)生相對滑動(dòng)，且滑動(dòng)時(shí)每個(gè)微凸體上產(chǎn)生的磨屑為半球形。當(dāng)摩擦副產(chǎn)生相對滑動(dòng)，且滑動(dòng)時(shí)每個(gè)微凸體上產(chǎn)生的磨屑為半球形。 其體積為其體積為(2/3)a3，則，則單位滑動(dòng)距離的總磨損量單位滑動(dòng)距離的總磨損量為為:（1）(2) 式式(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。如果考慮到微凸體中產(chǎn)生磨粒的概率數(shù)如果考慮到微凸體中產(chǎn)生磨粒的概率數(shù)K和滑動(dòng)距離和滑動(dòng)距離L，則，則接觸接觸表面的粘著磨損量表面的粘著磨損量表達(dá)式為：表達(dá)式為：

27、(4)由由(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)成反比成反比 對于彈性材料，對于彈性材料，yH/3，H為布氏硬度值，則式為布氏硬度值，則式(4)可變?yōu)椋嚎勺優(yōu)椋菏街惺街蠯為粘著磨損系數(shù)為粘著磨損系數(shù)由由(1)和和(2)式，可得：式，可得：(3) 右圖為鋼制銷釘在鋼制圓盤上滑動(dòng)右圖為鋼制銷釘在鋼制圓盤上滑動(dòng)摩擦?xí)r的結(jié)果。圖中

28、示出鋼的磨損系摩擦?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。數(shù)隨表觀壓力的變化曲線。 縱坐標(biāo)為縱坐標(biāo)為K/H，代表單位載荷、單，代表單位載荷、單位滑動(dòng)距離的磨損量，橫坐標(biāo)代表平位滑動(dòng)距離的磨損量，橫坐標(biāo)代表平均接觸壓力。均接觸壓力。 當(dāng)壓力值小于片當(dāng)壓力值小于片H/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保持常數(shù)保持常數(shù))；但當(dāng)壓力值超過但當(dāng)壓力值超過H/3時(shí)，磨損量急劇增大時(shí)，磨損量急劇增大(K值急劇增大值急劇增大)，這意味著，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

29、是類似的情況，只是K開始增加時(shí)的平均壓力值通常比開始增加時(shí)的平均壓力值通常比H/3稍低而已。稍低而已。 在壓力值為在壓力值為H/3作用下，各個(gè)微凸體上的塑性變形區(qū)開始發(fā)生相作用下，各個(gè)微凸體上的塑性變形區(qū)開始發(fā)生相互影響。當(dāng)壓力值增加到互影響。當(dāng)壓力值增加到H/3以上時(shí)，整個(gè)表面變成塑性流動(dòng)區(qū)，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，出現(xiàn)劇烈的粘著磨損，摩擦因而實(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。表面嚴(yán)重破壞。 由于式中的由于式中的K代表微代表微凸體中產(chǎn)生磨粒的概率，凸體中產(chǎn)生磨粒的概率，即粘著磨損系數(shù)因此，即粘著磨損系數(shù)因此，K值必須

30、按不同的滑動(dòng)值必須按不同的滑動(dòng)材料組合和不同的摩擦材料組合和不同的摩擦條件求得條件求得。右表給出了。右表給出了不同工況和摩擦副配對不同工況和摩擦副配對時(shí)的磨損系數(shù)時(shí)的磨損系數(shù)K值。值。(1)(1)摩擦副材料：摩擦副材料： a:材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘著能力高。材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘著能力高。 *塑性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞以塑性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞以塑性流動(dòng)塑性流動(dòng)為主，發(fā)生為主，發(fā)生 在表層深處，磨損顆在表層深處，磨損顆粒大。粒大。 *脆性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞主要脆性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞主要?jiǎng)兟鋭兟洌瑩p傷深度較淺，磨損顆粒較小，容，損傷深度較淺，磨損顆粒較小，容易脫落，不堆積于表面

31、。易脫落，不堆積于表面。 *根據(jù)強(qiáng)度理論：脆性材料的破壞由正應(yīng)力引起，塑性材料的破壞決定于根據(jù)強(qiáng)度理論：脆性材料的破壞由正應(yīng)力引起，塑性材料的破壞決定于切應(yīng)力。表面接觸中的最大正應(yīng)力作用在表面，最大切應(yīng)力離表面有切應(yīng)力。表面接觸中的最大正應(yīng)力作用在表面，最大切應(yīng)力離表面有一定深度，所以一定深度，所以材料塑性越高，粘著磨損越嚴(yán)重材料塑性越高，粘著磨損越嚴(yán)重。4. 4. 粘著磨損的影響因素粘著磨損的影響因素b:材料的互溶性：材料的互溶性： ？相同金屬或互溶性大的材料摩擦副易發(fā)生粘著磨損。相同金屬或互溶性大的材料摩擦副易發(fā)生粘著磨損。 ？異種金屬或互溶性小的材料摩擦副抗粘著磨損能力較高。異種金屬或互

32、溶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體金屬摩擦副金屬與非金屬摩擦副抗粘著磨損能力高于異體金屬摩擦副 。 一般，冶金相溶性好的金屬摩擦副，其摩擦相溶性就差，相同金屬一般，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。摩擦副，摩擦互溶性最差。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)對粘著磨損也有影響，多相金屬比單相金屬的抗金屬的組織結(jié)構(gòu)對粘著磨損也有影響，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小。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。 通過表面

33、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，提高抗粘著，同時(shí)表面膜限制了破壞深度，提高抗粘著磨損的能力。磨損的能力。d.元素周期表中的元素周期表中的B族元素族元素，如鍺、銀、鎘、銦、錫、銻、鉈、鉛、，如鍺、銀、鎘、銦、錫、銻、鉈、鉛、鉍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族元素組成的族元素組成的摩擦副粘著傾向大。摩擦副粘著傾向大。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硬度高的金屬比硬度低的金屬抗粘著

34、能力強(qiáng)著能力強(qiáng)，因?yàn)楸砻娼佑|應(yīng)力大于較，因?yàn)楸砻娼佑|應(yīng)力大于較軟金屬硬度的軟金屬硬度的1/3時(shí)，很多金屬將由輕時(shí)，很多金屬將由輕微磨損轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重的粘著磨損。微磨損轉(zhuǎn)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，如圖所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，示，K/H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)載荷值超過材料硬度值的材料硬度值的1/3時(shí)，磨損急劇增加，嚴(yán)重時(shí)咬死。時(shí)，磨損急劇增加，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

35、須低于材料硬度值的1/3。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(dòng)速度的增加而增加，在達(dá)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，又隨著滑動(dòng)速度的增加而減少到某一極大值后，又隨著滑動(dòng)速度的增加而減少。上圖為摩擦速度不。上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、接觸壓力的變化規(guī)律。太高的范圍內(nèi)，鋼鐵材料的磨損隨摩擦速度、接觸壓力的變化規(guī)律。 隨著滑動(dòng)速度的變化，磨損類型由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡S著滑動(dòng)速度的變化，磨損類型由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。另一種形式。 如圖如圖(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)，主要是氧化磨氧化

36、磨損，出現(xiàn)損，出現(xiàn)Fe2O3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)隨速度的增大，氧化膜破裂，金屬的直接接觸，轉(zhuǎn)化為化為粘著磨損粘著磨損，磨損量顯著增大。磨損量顯著增大。 滑動(dòng)速度再高，摩擦溫度上升，有利于氧化膜形成，滑動(dòng)速度再高，摩擦溫度上升，有利于氧化膜形成，又轉(zhuǎn)為又轉(zhuǎn)為氧化磨損氧化磨損，磨屑為，磨屑為Fe3O4，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，磨損量又開始增加。量又開始增加。 圖圖(b)是滑動(dòng)速度保持一定而改變載荷所得到的鋼是滑動(dòng)速度保持一定而改變載荷所得到的鋼對鋼

37、磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對鋼磨損實(shí)驗(yàn)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Fe2O3；當(dāng)載荷達(dá)到當(dāng)載荷達(dá)到W0后后, 磨屑是磨屑是FeO、Fe2O3 和和Fe3O4的混合的混合物。物。 載荷超過載荷超過Wc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 表層溫度特性對于摩擦表表層溫度特性對于摩擦表面的相互作用和破壞影響很大。面的相互作用和破壞影響很大。表面溫度升高可使?jié)櫥な?，表面溫度升高可使?jié)櫥な?，使材料硬度下降，摩擦表面容使材料硬度下降，摩擦表面容易產(chǎn)生粘著磨損。易產(chǎn)生粘著磨損。 如圖為溫度對膠合磨損的影響，可以看出，當(dāng)表面

38、溫度達(dá)如圖為溫度對膠合磨損的影響，可以看出，當(dāng)表面溫度達(dá)到臨界值到臨界值(約約80)時(shí)時(shí), 磨損量和摩擦系數(shù)都急劇增加。磨損量和摩擦系數(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，其中速度的影響更大，因此限制速度的影響更大，因此限制pv值是減少粘著磨損和防止膠合值是減少粘著磨損和防止膠合發(fā)生的有效方法發(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能提高潤滑油膜吸附能力及油在潤滑油、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(qiáng)度，能成倍地提高抗粘著磨損能力。膜強(qiáng)度，能

39、成倍地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，在常溫條件下，吸附在金屬表面是由極性非常強(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滑膜，防止金屬表面的直接接觸，保持摩擦面的良好潤滑狀態(tài)。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滑狀態(tài)。 極壓添加劑極壓添加劑是在高溫條件下，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)度的金屬化合物薄膜，防止金屬因干摩擦或邊界摩擦條件下成一種低剪切強(qiáng)度的金屬化合物薄膜，防止金屬因干摩擦或邊界摩擦條件下而引起的粘著現(xiàn)象。而引起的粘著現(xiàn)象。1.磨損量

40、與滑動(dòng)距離成正比：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。2.磨損量與載荷成正比：磨損量與載荷成正比：適用于有限載荷范圍。適用于有限載荷范圍。 3.磨損量與較軟材料的硬度或屈服極限成正比：磨損量與較軟材料的硬度或屈服極限成正比： * 實(shí)際上，只有相同的金屬材料組成摩擦副時(shí)，才實(shí)際上，只有相同的金屬材料組成摩擦副時(shí)，才 能按硬度估計(jì)粘著磨能按硬度估計(jì)粘著磨損，合金或不同材料的摩擦副，損，合金或不同材料的摩擦副， 硬度不能反映粘著系數(shù)、粘著磨損或粘硬度不能反映粘著系數(shù)、粘著磨損或粘著引起的咬死等情況。著引起的咬死等情況。三條粘著磨損規(guī)律：三條粘著磨損規(guī)律：第三節(jié)第三節(jié) 磨粒磨損磨粒

41、磨損1 1 定義定義: :外界硬顆粒或者對磨表面上的硬突起物或粗糙峰外界硬顆?；蛘邔δケ砻嫔系挠餐黄鹞锘虼植诜逶谀Σ吝^程中引起在摩擦過程中引起表面材料脫落表面材料脫落的現(xiàn)象的現(xiàn)象, 稱為磨粒磨損。稱為磨粒磨損。 磨粒磨粒是摩擦表面互相摩擦產(chǎn)生或由介質(zhì)帶入摩擦表面。是摩擦表面互相摩擦產(chǎn)生或由介質(zhì)帶入摩擦表面。分類分類類型類型 特特 征征實(shí)例實(shí)例 磨料磨料 固定固定 形態(tài)形態(tài) 自由自由 磨損磨損磨粒自由松散，可以在表面滑動(dòng)或磨粒自由松散，可以在表面滑動(dòng)或滾動(dòng)，磨粒之間也有相對運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)，磨粒之間也有相對運(yùn)動(dòng)。刮板、輸送刮板、輸送機(jī)溜槽機(jī)溜槽 固定固定 磨損磨損磨料固定，在磨損表面作相對滑動(dòng)，磨料固

42、定，在磨損表面作相對滑動(dòng)，磨料可以是小顆粒，也可以是很大磨料可以是小顆粒，也可以是很大的整體顆粒。的整體顆粒。采煤機(jī)截齒、采煤機(jī)截齒、挖掘機(jī)斗齒挖掘機(jī)斗齒磨料磨損根據(jù)不同的分類方式可分為不同的種類型：磨料磨損根據(jù)不同的分類方式可分為不同的種類型： 例如：例如：掘土機(jī)鏟齒、犁耙、球磨機(jī)襯板等的磨損都掘土機(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是典型的磨粒磨損。機(jī)床導(dǎo)軌面由于切屑的存在也會引起磨粒磨損。水輪機(jī)葉片和船舶螺旋槳等與含會引起磨粒磨損。水輪機(jī)葉片和船舶螺旋槳等與含泥沙的水之間的侵蝕磨損也屬于磨粒磨損。泥沙的水之間的侵蝕磨損也屬于磨粒磨損。2 磨料磨損

43、分類及其磨損特征：磨料磨損分類及其磨損特征：接接觸觸表表面面兩體兩體磨損磨損硬磨料或硬表面微凸體與硬磨料或硬表面微凸體與一個(gè)摩擦表面對磨的磨損一個(gè)摩擦表面對磨的磨損犁鏵、水犁鏵、水輪機(jī)輪葉輪機(jī)輪葉三體三體磨損磨損磨粒介于兩摩擦表面之間，磨粒介于兩摩擦表面之間，并在兩表面間滑動(dòng)并在兩表面間滑動(dòng)齒輪、滑齒輪、滑動(dòng)軸承間動(dòng)軸承間力力的的作作用用特特點(diǎn)點(diǎn)劃傷劃傷磨損磨損磨料的作用應(yīng)力低于其壓磨料的作用應(yīng)力低于其壓潰強(qiáng)度，材料表面被輕微潰強(qiáng)度，材料表面被輕微劃傷劃傷犁鏵、輸犁鏵、輸送機(jī)溜槽送機(jī)溜槽碾壓碾壓磨損磨損磨料與表面接觸最大壓應(yīng)磨料與表面接觸最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強(qiáng)度力大于磨料的壓潰強(qiáng)度破碎滾筒

44、破碎滾筒球蘑機(jī)球球蘑機(jī)球鑿削鑿削磨損磨損磨料對表面有高應(yīng)力沖擊磨料對表面有高應(yīng)力沖擊運(yùn)動(dòng)，材料表面被鑿削運(yùn)動(dòng)，材料表面被鑿削顎式破碎顎式破碎機(jī)齒板機(jī)齒板相相對對硬硬度度硬料磨損硬料磨損磨料硬度大于材料硬度磨料硬度大于材料硬度石英石英- -鋼材鋼材軟料磨損軟料磨損磨料硬度低于材料硬度磨料硬度低于材料硬度 礦石礦石- -鋼鋼磨磨料料特特性性 干磨損干磨損磨料是干燥的磨料是干燥的球磨機(jī)干磨球磨機(jī)干磨濕料磨損濕料磨損磨料含水分，加速磨損磨料含水分，加速磨損球磨機(jī)濕磨球磨機(jī)濕磨流體磨損流體磨損氣或液體帶磨料沖刷表面氣或液體帶磨料沖刷表面泥漿泵等泥漿泵等工工作作環(huán)環(huán)境境一般磨損一般磨損正常條件下的磨料磨損

45、正常條件下的磨料磨損各類機(jī)械各類機(jī)械腐蝕磨損腐蝕磨損腐蝕介質(zhì)中的磨料磨損腐蝕介質(zhì)中的磨料磨損化工機(jī)械等化工機(jī)械等熱料磨損熱料磨損高溫工作下的磨料磨損高溫工作下的磨料磨損沸騰爐等沸騰爐等3 磨粒磨損機(jī)理磨粒磨損機(jī)理(1)(1)微觀切削微觀切削： 磨粒作用在零件材料表面上的力，可分磨粒作用在零件材料表面上的力，可分為法向力和切向力。法向力將磨粒壓入摩擦為法向力和切向力。法向力將磨粒壓入摩擦表面，如硬度試驗(yàn)一樣，在表面上形成壓痕。表面，如硬度試驗(yàn)一樣，在表面上形成壓痕。切向力使磨粒向前推進(jìn)，當(dāng)磨粒的形狀與位切向力使磨粒向前推進(jìn)，當(dāng)磨粒的形狀與位向適當(dāng)時(shí)，磨粒就象刀具一樣，對表面進(jìn)行向適當(dāng)時(shí)，磨粒就象

46、刀具一樣，對表面進(jìn)行剪切、犁皺和切削剪切、犁皺和切削，產(chǎn)生槽狀磨痕，產(chǎn)生槽狀磨痕. .不過這種不過這種切削的寬度和深度都很小，因此產(chǎn)生的切屑切削的寬度和深度都很小，因此產(chǎn)生的切屑也很小。也很小。 磨粒磨損是最普遍的磨損形式。據(jù)統(tǒng)計(jì)磨粒磨損是最普遍的磨損形式。據(jù)統(tǒng)計(jì), 在生產(chǎn)中因在生產(chǎn)中因磨粒磨磨粒磨損所造成的損失占整個(gè)磨損損失的一半左右損所造成的損失占整個(gè)磨損損失的一半左右, 因而研究磨粒磨損因而研究磨粒磨損有著重要的意義。關(guān)于材料磨粒磨損主要有以下幾個(gè)假設(shè)：有著重要的意義。關(guān)于材料磨粒磨損主要有以下幾個(gè)假設(shè)： (1)(1)微觀切削微觀切削 雖然切削時(shí)雖然切削時(shí)“刀具刀具”，即一般的磨粒，大多

47、具有負(fù)前角，即一般的磨粒，大多具有負(fù)前角的特征，切屑變形也較大些，但在顯微鏡下觀察，這些微觀的特征，切屑變形也較大些，但在顯微鏡下觀察，這些微觀切屑仍具有機(jī)加工中切屑的特征。這些切屑一般長寬比較大，切屑仍具有機(jī)加工中切屑的特征。這些切屑一般長寬比較大，切屑的一面較光滑，而另一面則有滑動(dòng)的臺階，有些還有卷切屑的一面較光滑，而另一面則有滑動(dòng)的臺階，有些還有卷曲現(xiàn)象。曲現(xiàn)象。 微觀切削微觀切削是材料磨粒磨損的主要機(jī)理。在三體磨料磨損中是材料磨粒磨損的主要機(jī)理。在三體磨料磨損中也會發(fā)生微觀切削作用。也會發(fā)生微觀切削作用。 但是，磨粒和表面接觸時(shí)發(fā)生切削的概率不是很大，雖然在某種但是，磨粒和表面接觸時(shí)發(fā)

48、生切削的概率不是很大，雖然在某種條件下切削磨損量占總磨損量的比例很大。但當(dāng)磨粒形狀較圓鈍時(shí)，條件下切削磨損量占總磨損量的比例很大。但當(dāng)磨粒形狀較圓鈍時(shí)，或在犁削過程磨粒的棱角而不是棱邊對著運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，或磨粒和被磨或在犁削過程磨粒的棱角而不是棱邊對著運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，或磨粒和被磨材料表面間的夾角材料表面間的夾角( (迎角迎角) )太小時(shí)，或表面材料塑性很高時(shí)，往往太小時(shí)，或表面材料塑性很高時(shí)，往往磨粒磨粒在表面滑過后，只犁出一條溝來，把材料推向兩邊或前面，而不能切在表面滑過后，只犁出一條溝來，把材料推向兩邊或前面，而不能切削出切屑來削出切屑來，特別是松散的自由磨粒，大概有，特別是松散的自由磨粒，大概有

49、9090以上的磨粒發(fā)生滾以上的磨粒發(fā)生滾動(dòng)接觸，只能壓出印痕來，而形成犁溝的概率只不過動(dòng)接觸，只能壓出印痕來，而形成犁溝的概率只不過1010，這樣切削，這樣切削的可能性就更少了。的可能性就更少了。 還有一種情況，如沖擊角較大的沖蝕磨損以及球磨機(jī)磨球?qū)δチ蠜_還有一種情況，如沖擊角較大的沖蝕磨損以及球磨機(jī)磨球?qū)δチ蠜_擊時(shí)，往往在表面上形成壓坑和在壓坑四周被擠壓出唇狀凸緣，只能使表擊時(shí)，往往在表面上形成壓坑和在壓坑四周被擠壓出唇狀凸緣，只能使表面發(fā)生塑性變形而切削的分量就很少。面發(fā)生塑性變形而切削的分量就很少。 (1)微觀切削微觀切削(2) (2) 擠壓剝落擠壓剝落： 磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而

50、產(chǎn)生壓磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產(chǎn)生壓痕，將塑性材料的表面擠壓出痕，將塑性材料的表面擠壓出層狀或鱗片狀層狀或鱗片狀剝落碎屑剝落碎屑。 當(dāng)磨粒滑過表面時(shí)當(dāng)磨?；^表面時(shí), ,除了切削外除了切削外, ,大部分磨粒只把材料推向前大部分磨粒只把材料推向前面或兩旁面或兩旁, ,這些材料受到很大的塑性形變這些材料受到很大的塑性形變, ,卻沒有脫離母體卻沒有脫離母體, ,同同時(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能有一部分材料被切削而形成切屑, ,一部分則末被切削而僅有一部分則末被切削而僅有塑變，披推向兩

51、側(cè)和前緣。塑變，披推向兩側(cè)和前緣。若犁溝時(shí)全部的溝槽體積都被推向若犁溝時(shí)全部的溝槽體積都被推向兩旁和前緣而不產(chǎn)生任何一次切屑時(shí)兩旁和前緣而不產(chǎn)生任何一次切屑時(shí), ,則稱之為則稱之為犁皺犁皺。犁溝或。犁溝或犁皺后堆積在兩旁和前緣的材料以及溝槽中的材料犁皺后堆積在兩旁和前緣的材料以及溝槽中的材料, ,當(dāng)受到隨當(dāng)受到隨后的磨料作用時(shí)，可能把堆積起的材料重新壓平后的磨料作用時(shí)，可能把堆積起的材料重新壓平, ,也可能使已也可能使已變形的溝底材料遭到再一次的犁皺變形變形的溝底材料遭到再一次的犁皺變形, ,如此反復(fù)塑變?nèi)绱朔磸?fù)塑變, ,導(dǎo)致材導(dǎo)致材料的加工硬化或其它強(qiáng)化作用料的加工硬化或其它強(qiáng)化作用, ,終

52、于剝落而成為磨屑。終于剝落而成為磨屑。 由于多次變形引起材料晶格的殘余畸變，導(dǎo)致材料不可能由于多次變形引起材料晶格的殘余畸變，導(dǎo)致材料不可能再繼續(xù)變形和吸收能量。塑性變形降低了材料應(yīng)力重新分配的再繼續(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，故有些截面上能力，故有些截面上( (當(dāng)外力不變時(shí)當(dāng)外力不變時(shí)) )由于應(yīng)力的增長由于應(yīng)力的增長( (集中集中) )逐逐漸喪失塑性而變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。漸喪失塑性而變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。 (3) (3) 疲勞破壞疲勞破壞： 摩擦表面在磨料產(chǎn)生的循環(huán)接觸力作用下，摩擦表面在磨料產(chǎn)生的循環(huán)接觸力作用下，使表面材料因疲勞而剝落。使表面材料因疲勞而剝落。 克拉蓋爾斯基

53、克拉蓋爾斯基提出提出“疲勞磨損機(jī)理在一般磨粒磨損中起疲勞磨損機(jī)理在一般磨粒磨損中起主導(dǎo)作用主導(dǎo)作用”。疲勞一詞是指由重復(fù)應(yīng)力循環(huán)引起的一種特。疲勞一詞是指由重復(fù)應(yīng)力循環(huán)引起的一種特殊破壞形式，這種應(yīng)力循環(huán)的應(yīng)力幅不超過材料的彈性極殊破壞形式，這種應(yīng)力循環(huán)的應(yīng)力幅不超過材料的彈性極限。疲勞磨損系由于表層微觀組織受周期載荷作用而產(chǎn)生限。疲勞磨損系由于表層微觀組織受周期載荷作用而產(chǎn)生的。其特征是材料在強(qiáng)化過程進(jìn)展的同時(shí)，過程的速度強(qiáng)的。其特征是材料在強(qiáng)化過程進(jìn)展的同時(shí)，過程的速度強(qiáng)烈地決定于周圍的介質(zhì)以及介質(zhì)對強(qiáng)化的作用。烈地決定于周圍的介質(zhì)以及介質(zhì)對強(qiáng)化的作用。 標(biāo)準(zhǔn)的疲勞過程常有潛伏期，在此期間

54、材料外部發(fā)生標(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。層出現(xiàn)硬化的滑移塑變層和裂紋。 微觀斷裂微觀斷裂( (剝落剝落) )磨損機(jī)理：磨損機(jī)理： 磨損時(shí)由于磨粒的壓入大多數(shù)材料都會發(fā)生塑性變形。磨損時(shí)由于磨粒的壓入大多數(shù)材料都會發(fā)生塑性變形。但脆性材料，斷裂機(jī)理可能占支配的地位但脆性材料，斷裂機(jī)理可能占支配的地位。當(dāng)斷裂發(fā)生時(shí)，。當(dāng)斷裂發(fā)生時(shí)，壓痕四周外圍的材料都要被磨損剝落，比塑性材料的磨損量壓痕四周外圍的材料都要被磨損剝落，比塑性材料的磨損量大。大。脆性材料的

55、壓入斷裂，其外部條件決定于載荷大小、磨脆性材料的壓入斷裂，其外部條件決定于載荷大小、磨粒形狀與尺寸和周圍環(huán)境等參量，內(nèi)部參量則主要決定于材粒形狀與尺寸和周圍環(huán)境等參量，內(nèi)部參量則主要決定于材料的硬度與斷裂韌性等料的硬度與斷裂韌性等。對脆性材料來說，壓痕常帶有明顯。對脆性材料來說，壓痕常帶有明顯的表面裂紋。斷裂韌性低的材料裂紋較長。當(dāng)橫向裂紋互相的表面裂紋。斷裂韌性低的材料裂紋較長。當(dāng)橫向裂紋互相交叉或擴(kuò)展到表面時(shí)，就造成微觀斷裂機(jī)理的材料磨損。交叉或擴(kuò)展到表面時(shí)，就造成微觀斷裂機(jī)理的材料磨損。 以上幾種磨料磨損機(jī)理，還有待于進(jìn)一步的研究和闡明。以上幾種磨料磨損機(jī)理，還有待于進(jìn)一步的研究和闡明。

56、但有一點(diǎn)必須加以說明，但有一點(diǎn)必須加以說明，即磨料磨損過程中不只是有一種機(jī)即磨料磨損過程中不只是有一種機(jī)理而往往有幾種機(jī)理同時(shí)存在理而往往有幾種機(jī)理同時(shí)存在，由于磨損時(shí)外部條件或內(nèi)部，由于磨損時(shí)外部條件或內(nèi)部組織的變化，磨損機(jī)理也相應(yīng)地發(fā)生變化，往往從一種機(jī)理組織的變化，磨損機(jī)理也相應(yīng)地發(fā)生變化，往往從一種機(jī)理為主轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N機(jī)理為主。為主轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N機(jī)理為主。 4 4 磨粒磨損簡化模型計(jì)算：磨粒磨損簡化模型計(jì)算： 簡單的計(jì)算方法根據(jù)簡單的計(jì)算方法根據(jù)微觀切削機(jī)理微觀切削機(jī)理得出，即得出，即拉賓諾維奇拉賓諾維奇 (Rabinowicz)(Rabinowicz)模型模型: : 假定單顆磨粒形狀為

57、圓錐體，半角為假定單顆磨粒形狀為圓錐體，半角為 ，載荷，載荷為為WW，壓入深度，壓入深度h h，滑動(dòng)距離為滑動(dòng)距離為S S，屈服極限屈服極限 s ,s , ,磨料硬度為磨料硬度為H H。B24BHW溝槽截面積：溝槽截面積：HctgWctgBBA241h21被遷移的溝槽體積：被遷移的溝槽體積：HctgSWSAV 單位滑動(dòng)距離的磨損體積（磨損量）：單位滑動(dòng)距離的磨損體積（磨損量）：HWkHctgWSVQA磨粒的形狀系數(shù)磨粒的形狀系數(shù)B 單位滑動(dòng)距離的磨損體積（磨損量）：單位滑動(dòng)距離的磨損體積（磨損量）：HWkHctgWSVQAHctgWctgBBA241h212221hkBkASVQ磨粒的形狀系數(shù)

58、磨粒的形狀系數(shù)5 5 磨料及其磨損性能磨料及其磨損性能 磨料的磨損性能和磨料的機(jī)械性能、存在狀態(tài)、結(jié)合狀態(tài)及其磨料的磨損性能和磨料的機(jī)械性能、存在狀態(tài)、結(jié)合狀態(tài)及其大小、形狀和運(yùn)動(dòng)條件等有關(guān)，特別是自然破碎后的角度。大小、形狀和運(yùn)動(dòng)條件等有關(guān)，特別是自然破碎后的角度。磨料磨料的硬度的硬度是決定磨料磨損性比較關(guān)鍵的因素，在實(shí)際應(yīng)用上常以它是決定磨料磨損性比較關(guān)鍵的因素，在實(shí)際應(yīng)用上常以它來判定磨料磨損性的大小。除硬度外，其它如磨料的大小、形狀、來判定磨料磨損性的大小。除硬度外，其它如磨料的大小、形狀、強(qiáng)度等對磨料磨損性都有一定的影響。強(qiáng)度等對磨料磨損性都有一定的影響。磨料的形狀磨料的形狀 尖銳的

59、、多角形的磨料尖銳的、多角形的磨料比圓而鈍的磨料磨損得快。尖銳的磨料比圓而鈍的磨料磨損得快。尖銳的磨料在同一載荷下壓入深度大，容易造成金屬表面的微觀切削，增加在同一載荷下壓入深度大，容易造成金屬表面的微觀切削，增加磨損量；磨損量；圓而鈍的磨料圓而鈍的磨料壓入深度小，大多數(shù)產(chǎn)生淺的犁溝或壓坑，壓入深度小，大多數(shù)產(chǎn)生淺的犁溝或壓坑，使材料發(fā)生彈塑性變形或甚至只在彈性變形范圍內(nèi)，不發(fā)生切削，使材料發(fā)生彈塑性變形或甚至只在彈性變形范圍內(nèi)，不發(fā)生切削，且在自由狀態(tài)時(shí)圓鈍形磨料容易發(fā)生滾動(dòng)，使磨損量變得很小。且在自由狀態(tài)時(shí)圓鈍形磨料容易發(fā)生滾動(dòng)，使磨損量變得很小。從簡單模型的公式可知，磨料愈尖，從簡單模型

60、的公式可知，磨料愈尖，角越大，其正切平均值越大，角越大，其正切平均值越大，則磨損率也愈大。則磨損率也愈大。迎角迎角 迎角是指磨料與材料表面接迎角是指磨料與材料表面接觸時(shí)和表面間的夾角。觸時(shí)和表面間的夾角。 當(dāng)用角錐當(dāng)用角錐( (一般磨粒的形狀接近于角椎體一般磨粒的形狀接近于角椎體) )的棱面去切削時(shí)，的棱面去切削時(shí)，能否產(chǎn)生一次切削與迎角能否產(chǎn)生一次切削與迎角有關(guān)，當(dāng)迎角超過臨界迎角有關(guān)，當(dāng)迎角超過臨界迎角c c時(shí)，時(shí)，才能產(chǎn)生切屑；否則，若是才能產(chǎn)生切屑；否則，若是c c則只能產(chǎn)生塑性犁溝，將則只能產(chǎn)生塑性犁溝，將金屬排向兩邊及邊緣。金屬排向兩邊及邊緣。 不同材料的臨界迎角不同材料的臨界迎角