材料磨損與耐磨材料(第磨粒磨損課件)

1、1第一篇第一篇 材料磨損基礎(chǔ)材料磨損基礎(chǔ)Chapter 1: 材料的磨損材料的磨損Chapter 2: 固體表面結(jié)構(gòu)與接觸特性固體表面結(jié)構(gòu)與接觸特性Chapter 3: 材料的磨損機(jī)理材料的磨損機(jī)理2Chapter 3: 材料的磨損機(jī)理材料的磨損機(jī)理 3.1 粘著磨損粘著磨損 3.2 磨粒磨損磨粒磨損 3.3 腐蝕磨損腐蝕磨損 3.4 疲勞磨損疲勞磨損 3.5 沖蝕磨損沖蝕磨損 3.6 微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損33.2 磨粒磨損磨粒磨損 3.2.1 磨粒磨損的概念磨粒磨損的概念 3.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類 3.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理 3.2.4 磨粒磨損的影

2、響因素磨粒磨損的影響因素43.2.1 磨粒磨損的概念磨粒磨損的概念 磨粒磨損磨粒磨損是硬是硬的磨的磨(顆顆)粒或硬的凸出物粒或硬的凸出物在與摩在與摩擦表面相互接觸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，使表面材料發(fā)生損耗擦表面相互接觸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，使表面材料發(fā)生損耗的一種現(xiàn)象或過(guò)程。的一種現(xiàn)象或過(guò)程。 硬顆?；蛲钩鑫镆话銥椋悍墙饘俨牧?，如石英砂、礦硬顆?；蛲钩鑫镆话銥椋悍墙饘俨牧希缡⑸?、礦石等，也可能是金屬，如落入齒輪間的金屬屑等。石等，也可能是金屬，如落入齒輪間的金屬屑等。 磨粒磨損幾乎沒(méi)有一種是單一磨損機(jī)理引起的，經(jīng)常磨粒磨損幾乎沒(méi)有一種是單一磨損機(jī)理引起的，經(jīng)常是多種磨損機(jī)制綜合作用的結(jié)果，而且隨著磨損條件是多種

3、磨損機(jī)制綜合作用的結(jié)果，而且隨著磨損條件的變化，可能從一種機(jī)制轉(zhuǎn)化為另一種機(jī)制。的變化，可能從一種機(jī)制轉(zhuǎn)化為另一種機(jī)制。磨粒磨損磨粒磨損Abrasion (Abrasive Wear)的的2個(gè)層次：個(gè)層次：l粗糙表面上的硬微凸體對(duì)相對(duì)較軟的摩擦配副表粗糙表面上的硬微凸體對(duì)相對(duì)較軟的摩擦配副表面的劃傷；面的劃傷；l材料的工作表面隨硬質(zhì)顆粒的壓入和摩擦所造成材料的工作表面隨硬質(zhì)顆粒的壓入和摩擦所造成的磨損。的磨損。673.2 磨粒磨損磨粒磨損 3.2.1 磨粒磨損的概念磨粒磨損的概念 3.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類 3.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理 3.2.4 磨

4、粒磨損的影響因素磨粒磨損的影響因素83.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類 磨粒磨損是一種常見的磨損形式，也是最重要的磨磨粒磨損是一種常見的磨損形式，也是最重要的磨損類型。損類型。（1）一般將磨粒磨損分為）一般將磨粒磨損分為三大類三大類：u第一、低應(yīng)力擦傷式磨粒磨損第一、低應(yīng)力擦傷式磨粒磨損，如圖，如圖1.3-20。9 低應(yīng)力磨粒磨損低應(yīng)力磨粒磨損磨粒與材料表面間的作用力小于磨粒本身壓潰強(qiáng)度時(shí)的力。磨粒與材料表面間的作用力小于磨粒本身壓潰強(qiáng)度時(shí)的力。磨損結(jié)果是在材料表面只發(fā)生微小的劃痕（擦傷），既不使磨粒磨損結(jié)果是在材料表面只發(fā)生微小的劃痕（擦傷），既不使磨粒破碎又能使材料不斷流失的磨損方式

5、，破碎又能使材料不斷流失的磨損方式，宏觀可見磨損表面比較光宏觀可見磨損表面比較光亮亮，高倍觀察可見微細(xì)的磨溝或微坑一類磨損。典型零件如農(nóng)機(jī)，高倍觀察可見微細(xì)的磨溝或微坑一類磨損。典型零件如農(nóng)機(jī)具的磨損、運(yùn)輸過(guò)程的溜槽、漏斗、料車等。具的磨損、運(yùn)輸過(guò)程的溜槽、漏斗、料車等。103.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類第二，高應(yīng)力磨粒磨損也稱碎式磨粒磨損第二，高應(yīng)力磨粒磨損也稱碎式磨粒磨損，如下圖所示。，如下圖所示。 當(dāng)磨粒與材料之間接觸當(dāng)磨粒與材料之間接觸壓應(yīng)力大于磨粒的壓潰強(qiáng)度壓應(yīng)力大于磨粒的壓潰強(qiáng)度時(shí)，韌性材料產(chǎn)生塑性變形時(shí)，韌性材料產(chǎn)生塑性變形或疲勞，脆性材料則發(fā)生碎或疲勞，脆性材料則發(fā)生

6、碎裂或剝落。裂或剝落。 磨損的磨粒在壓碎前，磨損的磨粒在壓碎前，幾乎沒(méi)有滾動(dòng)和切削，對(duì)被幾乎沒(méi)有滾動(dòng)和切削，對(duì)被磨表面的主要作用由接觸處磨表面的主要作用由接觸處集中集中壓應(yīng)力壓應(yīng)力造成。造成。11 對(duì)塑性材料，就像打硬度一樣，磨粒使材料表面對(duì)塑性材料，就像打硬度一樣，磨粒使材料表面發(fā)生塑性變形，許許多多發(fā)生塑性變形，許許多多“壓頭壓頭”對(duì)材料表面作用，對(duì)材料表面作用，使之發(fā)生不定向流動(dòng)，最后由疲勞而破壞。對(duì)于脆硬使之發(fā)生不定向流動(dòng)，最后由疲勞而破壞。對(duì)于脆硬材料，幾乎不發(fā)生塑性流動(dòng)，磨損主要是脆性破裂的材料，幾乎不發(fā)生塑性流動(dòng)，磨損主要是脆性破裂的結(jié)果。典型零件是結(jié)果。典型零件是滾式破碎機(jī)中的

7、輥輪滾式破碎機(jī)中的輥輪等（見右圖）。等（見右圖）。123.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類u第三，鑿削式磨粒磨損，第三，鑿削式磨粒磨損，如圖所示。如圖所示。 鑿削式磨損的產(chǎn)鑿削式磨損的產(chǎn)生主要由于磨粒中的磨粒包含大塊磨粒而且具有尖生主要由于磨粒中的磨粒包含大塊磨粒而且具有尖銳棱角，對(duì)材料表面進(jìn)行銳棱角，對(duì)材料表面進(jìn)行高應(yīng)力高應(yīng)力和伴隨沖擊作用和伴隨沖擊作用，使，使材料表面撕裂出很大的顆粒或碎塊，被磨材料表面形材料表面撕裂出很大的顆?；蛩閴K，被磨材料表面形成較深的犁溝或深坑，經(jīng)常在運(yùn)輸或破碎大塊磨粒時(shí)成較深的犁溝或深坑，經(jīng)常在運(yùn)輸或破碎大塊磨粒時(shí)發(fā)生。發(fā)生。13請(qǐng)根據(jù)宏觀圖片辨別磨粒磨損的種

8、類，并說(shuō)明理由：請(qǐng)根據(jù)宏觀圖片辨別磨粒磨損的種類，并說(shuō)明理由：123456143.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類（2）根據(jù)）根據(jù)使用條件使用條件，還有如下分類：，還有如下分類： 沖擊磨粒磨損沖擊磨粒磨損：磨粒（通常是塊狀）垂直或以一定：磨粒（通常是塊狀）垂直或以一定的傾角落在材料表面上。其情況與沖蝕磨損相似，但局的傾角落在材料表面上。其情況與沖蝕磨損相似，但局部應(yīng)力要高得多。部應(yīng)力要高得多。 沖蝕磨粒磨損沖蝕磨粒磨損：材料同含有固體顆粒的液體作相對(duì)：材料同含有固體顆粒的液體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在表面造成的損耗。運(yùn)動(dòng)，在表面造成的損耗。 氣蝕氣蝕-沖蝕磨粒磨損沖蝕磨粒磨損：固體同液體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在

9、氣：固體同液體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在氣泡破裂區(qū)產(chǎn)生高壓或高溫而引起的磨損，并伴有泡破裂區(qū)產(chǎn)生高壓或高溫而引起的磨損，并伴有流體與流體與磨粒的沖蝕作用磨粒的沖蝕作用。 腐蝕磨粒磨損腐蝕磨粒磨損：同環(huán)境條件發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，：同環(huán)境條件發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，而磨損是材料損失的主要原因。而磨損是材料損失的主要原因。15請(qǐng)根據(jù)宏觀圖片，結(jié)合工況，辨別磨粒磨損的種類，并說(shuō)明理由：請(qǐng)根據(jù)宏觀圖片，結(jié)合工況，辨別磨粒磨損的種類，并說(shuō)明理由：葉輪葉輪密封環(huán)密封環(huán)163.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類（3）根據(jù)接觸條件根據(jù)接觸條件 兩體磨粒磨損：顆粒直接作用于材料表面兩體磨粒磨損：顆粒直接作用于材料表面 三體

10、磨粒磨損：顆粒處于兩個(gè)被磨材料表面間。三體磨粒磨損：顆粒處于兩個(gè)被磨材料表面間。173.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類（5）根據(jù)相對(duì)硬度）根據(jù)相對(duì)硬度 軟磨粒磨粒磨損：軟磨粒磨粒磨損： 硬磨粒磨粒磨損：硬磨粒磨粒磨損： a：磨粒：磨粒 m: 材料材料（6）根據(jù)表面損傷形貌）根據(jù)表面損傷形貌 擦傷型磨粒磨損擦傷型磨粒磨損 刮傷型磨粒磨損刮傷型磨粒磨損 研磨型磨粒磨損研磨型磨粒磨損 鑿削型磨粒磨損鑿削型磨粒磨損 犁皺型磨粒磨損犁皺型磨粒磨損 微觀裂紋型磨粒磨損微觀裂紋型磨粒磨損（7）根據(jù)磨損機(jī)理）根據(jù)磨損機(jī)理 塑性變形磨粒磨損塑性變形磨粒磨損 斷裂磨粒磨損斷裂磨粒磨損183.2 磨粒磨損磨粒

11、磨損 3.2.1 磨粒磨損的概念磨粒磨損的概念 3.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類 3.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理 3.2.4 磨粒磨損的影響因素磨粒磨損的影響因素193.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理（1）磨粒磨損的簡(jiǎn)化模型：）磨粒磨損的簡(jiǎn)化模型： Rabinowicz （拉賓諾維奇）在（拉賓諾維奇）在1966年提出磨粒磨損簡(jiǎn)年提出磨粒磨損簡(jiǎn)化模型，如下圖所示。并導(dǎo)出定量計(jì)算公式：化模型，如下圖所示。并導(dǎo)出定量計(jì)算公式： 模型計(jì)算的模型計(jì)算的3個(gè)假設(shè)：個(gè)假設(shè)：l材料不發(fā)生塑性變形材料不發(fā)生塑性變形（剛體）（剛體）l硬質(zhì)磨粒簡(jiǎn)化為硬質(zhì)磨粒簡(jiǎn)

12、化為圓錐體圓錐體l磨損過(guò)程為磨損過(guò)程為簡(jiǎn)單滑動(dòng)簡(jiǎn)單滑動(dòng)LxrLxr221VV：磨損體積：磨損體積r： 磨粒圓錐磨粒圓錐 體半徑體半徑x ：磨粒壓入：磨粒壓入 材料內(nèi)深度材料內(nèi)深度l(L)：滑動(dòng)距離：滑動(dòng)距離203.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理 因?yàn)槟チ喝虢饘俨牧蟽?nèi)的深度，取決于壓力的大小和因?yàn)槟チ喝虢饘俨牧蟽?nèi)的深度，取決于壓力的大小和材料硬度的比值，所以材料硬度的比值，所以xrtg2/rP H 磨粒圓錐體夾角磨粒圓錐體夾角 P法向載荷；法向載荷； H金屬材料的硬度；金屬材料的硬度；22,/ssPrrP 設(shè)屈服極限與硬度相等，則設(shè)屈服極限與硬度相等，則213.2.3

13、磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理xrtgLxrLxr221V22/V Lrxr tgr tgtg PH VPtgLH令/abrKtg 2/rP H223.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理lRabinowicz （拉賓諾維奇）（拉賓諾維奇）模型模型物理意義物理意義：在一在一定磨粒條件下，單位距離內(nèi)磨損體積與施加載荷成定磨粒條件下，單位距離內(nèi)磨損體積與施加載荷成正比，而與材料的硬度成反比。它與阿查德方程相正比，而與材料的硬度成反比。它與阿查德方程相似即磨損量與載荷和滑動(dòng)距離成正比，而與被磨似即磨損量與載荷和滑動(dòng)距離成正比，而與被磨材料的硬度成反比。材料的硬度成反比。

14、l局限性：局限性：abrKPVLHabrPLVKH則：則：23p 不是單個(gè)、而是多個(gè)磨粒共同作用不是單個(gè)、而是多個(gè)磨粒共同作用p 材料發(fā)生塑性變形材料發(fā)生塑性變形p 磨損過(guò)程中常常會(huì)伴隨有沖擊的作用。磨損過(guò)程中常常會(huì)伴隨有沖擊的作用。p 磨損環(huán)境的影響（溫度、濕度、腐蝕介質(zhì)等）磨損環(huán)境的影響（溫度、濕度、腐蝕介質(zhì)等）局限性：（實(shí)際情況是：）局限性：（實(shí)際情況是：）磨粒磨損磨粒磨損是硬是硬的磨的磨(顆顆)?；蛴驳耐钩鑫锪；蛴驳耐钩鑫镌谂c摩在與摩擦表面相互接觸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，使表面材料發(fā)擦表面相互接觸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，使表面材料發(fā)生損耗的一種現(xiàn)象或過(guò)程生損耗的一種現(xiàn)象或過(guò)程。（2）磨粒磨損的機(jī)理：）磨粒磨損

15、的機(jī)理： 磨粒磨損機(jī)理是指零件表面材料和磨粒發(fā)生摩擦磨粒磨損機(jī)理是指零件表面材料和磨粒發(fā)生摩擦接觸后，材料是如何磨損的，即材料的磨屑是如何接觸后，材料是如何磨損的，即材料的磨屑是如何從表面脫落下來(lái)的。迄今為止未完全清楚，存在一從表面脫落下來(lái)的。迄今為止未完全清楚，存在一些爭(zhēng)論。些爭(zhēng)論。243.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理253.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理第一，微觀切削磨損機(jī)理第一，微觀切削磨損機(jī)理 磨粒在材料表面的作用力分為磨粒在材料表面的作用力分為法向力法向力和和切向力切向力兩兩個(gè)分力。個(gè)分力。 法向力使磨粒壓入表面；切向力使磨粒向前推進(jìn)，法

16、向力使磨粒壓入表面；切向力使磨粒向前推進(jìn)，當(dāng)磨粒形狀與運(yùn)動(dòng)方向適當(dāng)時(shí)，磨粒如同刀具一樣，當(dāng)磨粒形狀與運(yùn)動(dòng)方向適當(dāng)時(shí)，磨粒如同刀具一樣，在表面進(jìn)行切削形成切屑。但這種切削的寬度和深度在表面進(jìn)行切削形成切屑。但這種切削的寬度和深度都很小，因此切屑也很小，稱為微觀切削。都很小，因此切屑也很小，稱為微觀切削。263.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理l 在顯微鏡下觀察，這些微觀切屑仍具有機(jī)床上切屑在顯微鏡下觀察，這些微觀切屑仍具有機(jī)床上切屑的特點(diǎn)，即一面較光滑，另一面則有滑動(dòng)的臺(tái)階，有的特點(diǎn)，即一面較光滑，另一面則有滑動(dòng)的臺(tái)階，有些還發(fā)生卷曲現(xiàn)象。些還發(fā)生卷曲現(xiàn)象。微觀切削微觀切削2

17、7l 微觀切削磨損是常見的一種磨損，特別是在固定微觀切削磨損是常見的一種磨損，特別是在固定磨粒磨損和鑿削式磨損中，它是材料表面磨損的主磨粒磨損和鑿削式磨損中，它是材料表面磨損的主要機(jī)理。要機(jī)理。是否經(jīng)常發(fā)生呢？是否經(jīng)常發(fā)生呢？29l 在某些條件下，切削磨損占整個(gè)磨損的比例很大，但通常磨粒和表面接觸時(shí)發(fā)生切削磨損的概率不大。l 其原因是：磨粒形狀較圓鈍；在犁溝過(guò)程中磨粒的棱角不是棱邊對(duì)著運(yùn)動(dòng)方向；磨粒和被磨材料表面之間的夾角(迎角)太小；表面材料塑性很高。303.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理l 在這些情況下在這些情況下,磨粒在表面滑過(guò)后，往往只能犁出一條磨粒在表面滑過(guò)后，

18、往往只能犁出一條溝來(lái)，而把材料推向兩邊和前面，不能切出切屑，特溝來(lái)，而把材料推向兩邊和前面，不能切出切屑，特別是松散的磨粒，大致有別是松散的磨粒，大致有90磨粒發(fā)生滾動(dòng)接觸，只磨粒發(fā)生滾動(dòng)接觸，只能壓出印痕而形成犁溝的概率只有能壓出印痕而形成犁溝的概率只有10，這樣切削，這樣切削的可能性更小。的可能性更小。l 還有另一種情況，如沖擊角較大的沖蝕磨損，常在表還有另一種情況，如沖擊角較大的沖蝕磨損，常在表面形成壓坑和在壓坑周圍被擠壓出唇狀凸緣，只能使面形成壓坑和在壓坑周圍被擠壓出唇狀凸緣，只能使表面發(fā)生塑性變形，而切削的分量更少。因此微觀切表面發(fā)生塑性變形，而切削的分量更少。因此微觀切削是一種削是

19、一種常見的、但概率較小常見的、但概率較小的磨損機(jī)理。的磨損機(jī)理。是否有一種其他的磨損機(jī)制？313.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理 第二，多次塑變磨損機(jī)理第二，多次塑變磨損機(jī)理 在磨粒磨損中，當(dāng)磨?；^(guò)被磨材料表面時(shí)，除了在磨粒磨損中，當(dāng)磨?；^(guò)被磨材料表面時(shí)，除了切削外，大部分把材料推向兩邊或前緣，這些材料的塑切削外，大部分把材料推向兩邊或前緣，這些材料的塑性變形很大，但卻沒(méi)能脫離母體。在溝底及溝槽附近的性變形很大，但卻沒(méi)能脫離母體。在溝底及溝槽附近的材料也有較大的變形。犁溝時(shí)可能有一部分材料被切削材料也有較大的變形。犁溝時(shí)可能有一部分材料被切削形成切屑，一部分形成切屑，

20、一部分未被切削未被切削而在而在塑變后塑變后被推向兩側(cè)和前被推向兩側(cè)和前緣。緣。 若在犁溝時(shí)全部溝槽中的體積都被推向兩側(cè)和前緣若在犁溝時(shí)全部溝槽中的體積都被推向兩側(cè)和前緣而不產(chǎn)生切屑，則稱為犁皺。而不產(chǎn)生切屑，則稱為犁皺。犁溝或犁皺后堆積在兩側(cè)犁溝或犁皺后堆積在兩側(cè)和前緣的材料以及溝槽中的材料，在受到隨后的磨粒作和前緣的材料以及溝槽中的材料，在受到隨后的磨粒作用時(shí)，可能把已堆積的材料壓平，也可能使已變形的溝用時(shí)，可能把已堆積的材料壓平，也可能使已變形的溝底材料再一次犁皺變形，如此反復(fù)塑變，導(dǎo)致材料產(chǎn)生底材料再一次犁皺變形，如此反復(fù)塑變，導(dǎo)致材料產(chǎn)生加工硬化或其他強(qiáng)化作用最終剝落而成為磨屑。加工硬

21、化或其他強(qiáng)化作用最終剝落而成為磨屑。32XYXY200300400500600700-12-10-8-6-4-202468YDepth(m)Width(m)X100200300400500600-8-6-4-202468YDepth(m)Width(m)X犁皺犁皺333.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理l 當(dāng)磨粒的硬度超過(guò)零件表面材料的硬度時(shí)，在沖擊力當(dāng)磨粒的硬度超過(guò)零件表面材料的硬度時(shí)，在沖擊力的作用下，磨粒壓入材料表面，使材料發(fā)生塑性流動(dòng)，的作用下，磨粒壓入材料表面，使材料發(fā)生塑性流動(dòng)，形成凹坑及其周圍的凸緣。當(dāng)?shù)诙w磨粒再壓入凹坑形成凹坑及其周圍的凸緣。當(dāng)?shù)诙w磨粒再

22、壓入凹坑及其周圍的凸緣時(shí)，又重復(fù)發(fā)生塑性流動(dòng)，如此反復(fù)及其周圍的凸緣時(shí)，又重復(fù)發(fā)生塑性流動(dòng)，如此反復(fù)塑性變形塑性變形和和加工硬化加工硬化，使材料逐漸硬化而脆性剝落成，使材料逐漸硬化而脆性剝落成為切屑。為切屑。 分析這種磨損機(jī)理可知材料多次塑性變形引起分析這種磨損機(jī)理可知材料多次塑性變形引起了材料了材料晶格畸變晶格畸變，畸變力達(dá)到了材料不破壞其間的聯(lián)，畸變力達(dá)到了材料不破壞其間的聯(lián)系則無(wú)法再改變其形狀的極限狀態(tài)。即材料不能再繼系則無(wú)法再改變其形狀的極限狀態(tài)。即材料不能再繼續(xù)變形和吸收能量。有些截面續(xù)變形和吸收能量。有些截面(當(dāng)外力不變時(shí)當(dāng)外力不變時(shí))由于應(yīng)由于應(yīng)力增長(zhǎng)力增長(zhǎng)(集中集中)而逐漸而逐

23、漸喪失塑性并轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)喪失塑性并轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，在，在沖擊力作用下裂斷成磨屑。沖擊力作用下裂斷成磨屑。34多次塑變磨損機(jī)理多次塑變磨損機(jī)理是否適合所有材料呢？是否適合所有材料呢？在大量的觀察發(fā)現(xiàn)，一些脆性材料不適合塑性變形磨損機(jī)理的解釋。第三類磨損機(jī)制353.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理微觀犁溝微觀犁溝 第三，微觀斷裂磨損機(jī)理第三，微觀斷裂磨損機(jī)理 磨損時(shí)由于磨粒壓入被磨材料表磨損時(shí)由于磨粒壓入被磨材料表面，大多數(shù)材料都會(huì)發(fā)生塑性變形。面，大多數(shù)材料都會(huì)發(fā)生塑性變形。但有些材料尤其是但有些材料尤其是脆性材料，可能是脆性材料，可能是斷裂機(jī)理占主要地位斷裂機(jī)理占主要地位

24、。當(dāng)斷裂發(fā)生時(shí)，。當(dāng)斷裂發(fā)生時(shí)，壓痕周圍的材料被磨損剝落，因此磨壓痕周圍的材料被磨損剝落，因此磨損比塑性材料大。損比塑性材料大。 脆性材料的壓痕斷裂，其外部條脆性材料的壓痕斷裂，其外部條件決定于載荷大小、磨粒的形狀和尺件決定于載荷大小、磨粒的形狀和尺寸以及周圍環(huán)境等，其內(nèi)部條件主要寸以及周圍環(huán)境等，其內(nèi)部條件主要決定于材料的硬度和斷裂韌性等。決定于材料的硬度和斷裂韌性等。363.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理l 在磨損試驗(yàn)中，若用球形壓頭，在彈性接觸下伸向材在磨損試驗(yàn)中，若用球形壓頭，在彈性接觸下伸向材料內(nèi)部的裂紋往往形成斷裂。若用小曲率半徑的壓頭，料內(nèi)部的裂紋往往形成斷

25、裂。若用小曲率半徑的壓頭，常會(huì)變成彈常會(huì)變成彈- -塑性變形。如果壓頭尖銳，則壓痕未達(dá)到塑性變形。如果壓頭尖銳，則壓痕未達(dá)到臨界尺寸前不會(huì)發(fā)生斷裂，臨界尺寸隨著材料硬度的臨界尺寸前不會(huì)發(fā)生斷裂，臨界尺寸隨著材料硬度的降低和斷裂韌性的提高而增大。這些靜態(tài)壓痕現(xiàn)象也降低和斷裂韌性的提高而增大。這些靜態(tài)壓痕現(xiàn)象也定性地適合于滑動(dòng)情況。定性地適合于滑動(dòng)情況。l 對(duì)多晶體脆性材料，即使壓痕尺寸小于臨界尺寸，也對(duì)多晶體脆性材料，即使壓痕尺寸小于臨界尺寸，也會(huì)發(fā)生次表面斷裂。對(duì)脆性材料，壓痕帶有明顯的表會(huì)發(fā)生次表面斷裂。對(duì)脆性材料，壓痕帶有明顯的表面裂紋，壓痕附近還有橫向裂紋、徑向裂紋。斷裂韌面裂紋，壓痕附

26、近還有橫向裂紋、徑向裂紋。斷裂韌性低的材料裂紋較長(zhǎng)。對(duì)磨粒磨損，當(dāng)橫向裂紋、徑性低的材料裂紋較長(zhǎng)。對(duì)磨粒磨損，當(dāng)橫向裂紋、徑向裂紋互相交叉或擴(kuò)散到表面時(shí)，造成微觀斷裂機(jī)理向裂紋互相交叉或擴(kuò)散到表面時(shí)，造成微觀斷裂機(jī)理的材料磨損。的材料磨損。373.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理l 脆性材料的體積磨損決定于斷裂脆性材料的體積磨損決定于斷裂機(jī)理、微觀切削機(jī)理和塑性變形機(jī)理、微觀切削機(jī)理和塑性變形機(jī)理所產(chǎn)生的磨損。材料磨損的機(jī)理所產(chǎn)生的磨損。材料磨損的各機(jī)理的平衡，取決于平均壓痕各機(jī)理的平衡，取決于平均壓痕深度和產(chǎn)生斷裂的臨界壓痕深度。深度和產(chǎn)生斷裂的臨界壓痕深度。尖銳的壓頭在

27、壓尖銳的壓頭在壓入材料表面時(shí)，入材料表面時(shí)，彈塑性壓入深度隨著載荷增大而彈塑性壓入深度隨著載荷增大而逐漸增加。在達(dá)到臨界壓痕深度逐漸增加。在達(dá)到臨界壓痕深度時(shí)，因壓入而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力使時(shí)，因壓入而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力使裂紋萌生并圍繞壓入的塑性區(qū)擴(kuò)裂紋萌生并圍繞壓入的塑性區(qū)擴(kuò)展，斷裂展，斷裂形成磨屑形成磨屑。微觀斷裂微觀斷裂383.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理 磨粒磨損表面形貌特征：磨粒磨損表面形貌特征：l軟金屬被硬磨粒磨損：軟金屬被硬磨粒磨損：明顯塑性變形明顯塑性變形犁削作用犁削作用溝槽溝槽金屬塑性擠壓金屬塑性擠壓隆起隆起磨屑呈多皺折疊的塊狀磨屑呈多皺折疊的塊狀塑性好的材料的

28、磨屑：塑性變形撕裂特征塑性好的材料的磨屑：塑性變形撕裂特征僅僅6 61313的磨粒起顯微切削作用，大多數(shù)使材的磨粒起顯微切削作用，大多數(shù)使材料表面發(fā)生塑性損傷（加工硬化），最終產(chǎn)生料表面發(fā)生塑性損傷（加工硬化），最終產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致顯微剝落。微裂紋，導(dǎo)致顯微剝落。393.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理l 硬金屬（耐磨材料）被硬磨粒磨損：硬金屬（耐磨材料）被硬磨粒磨損：合金中硬化相（如碳化物）有效阻止顯微切削和塑性合金中硬化相（如碳化物）有效阻止顯微切削和塑性變形。變形。磨痕可見溝痕。磨痕可見溝痕。相對(duì)較軟的基體存在相對(duì)較軟的基體存在“選擇選擇”性磨損，出現(xiàn)硬相凸出性磨損，

29、出現(xiàn)硬相凸出現(xiàn)象，產(chǎn)生現(xiàn)象，產(chǎn)生“浮雕浮雕”形貌。形貌。存在硬質(zhì)相斷裂的解理面。存在硬質(zhì)相斷裂的解理面。403.2 磨粒磨損磨粒磨損 3.2.1 磨粒磨損的概念磨粒磨損的概念 3.2.2 磨粒磨損的分類磨粒磨損的分類 3.2.3 磨粒磨損基本模型與原理磨粒磨損基本模型與原理 3.2.4 磨粒磨損的影響因素磨粒磨損的影響因素413.2.4 磨粒磨損的影響因素磨粒磨損的影響因素 (1)硬度的概念硬度的概念 磨粒磨損過(guò)程是一個(gè)多種因素綜合作用過(guò)程。從磨粒磨損過(guò)程是一個(gè)多種因素綜合作用過(guò)程。從磨損與硬度的關(guān)系分析，既要了解磨損類型，又要了磨損與硬度的關(guān)系分析，既要了解磨損類型，又要了解硬度的物理本質(zhì)。

30、硬度分為如下幾種：解硬度的物理本質(zhì)。硬度分為如下幾種： 第一第一，材料磨前的整體硬度；，材料磨前的整體硬度； 第二第二，表面加工硬化而改變了的表面硬度；，表面加工硬化而改變了的表面硬度； 第三第三，如果摩擦熱足夠大，表面溫度升高，應(yīng)考慮高，如果摩擦熱足夠大，表面溫度升高，應(yīng)考慮高溫硬度等。溫硬度等。 423.2.4 磨粒磨損的影響因素磨粒磨損的影響因素l 硬度和強(qiáng)度之間具有一定關(guān)系，硬度和強(qiáng)度之間具有一定關(guān)系，般說(shuō)強(qiáng)度越高，般說(shuō)強(qiáng)度越高，硬度也越高，見下圖硬度也越高，見下圖1.3-24所示。所示。433.2.4 磨粒磨損的影響因素磨粒磨損的影響因素 (2)磨粒磨損與硬度磨粒磨損與硬度 從磨粒磨

31、損方程分析，若系數(shù)為常數(shù)，則磨粒磨損從磨粒磨損方程分析，若系數(shù)為常數(shù)，則磨粒磨損時(shí)，磨損率與加載成正比，與材料硬度成反比。但在一時(shí)，磨損率與加載成正比，與材料硬度成反比。但在一些試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)系數(shù)些試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)系數(shù)K不是常數(shù)，而與磨粒中的磨粒硬度不是常數(shù)，而與磨粒中的磨粒硬度Ha，同被磨材料硬度，同被磨材料硬度Hm的相對(duì)大小有關(guān)。一般分為三的相對(duì)大小有關(guān)。一般分為三個(gè)區(qū)。個(gè)區(qū)。 第一，低磨損區(qū)：在第一，低磨損區(qū)：在1.25HaHm的范圍內(nèi)，系數(shù)的范圍內(nèi)，系數(shù)KHm-6 第二，過(guò)渡磨損區(qū)：在第二，過(guò)渡磨損區(qū)：在0.8HaHm1.25Ha的范圍的范圍內(nèi)，系數(shù)內(nèi)，系數(shù)KHm-2.5 第三，高磨損區(qū)：在第三，高磨損區(qū)：在Hm0.8Ha的范圍內(nèi)，系數(shù)的范圍內(nèi)，系數(shù)K基本保持恒定。基本保持恒定。不難看出：磨粒磨損不僅決定于材料的不難看出：磨粒磨損不僅決定于材料的硬度硬度Hm，而且更主要的是決定于材料硬度，而且更主要的是決定于材料硬度Hm和磨粒的和磨粒的硬度硬度Ha比值。當(dāng)比值。當(dāng)Hm/Ha比值超過(guò)一定值后，磨損量會(huì)迅比值超過(guò)一定值后，磨損量會(huì)迅速降低。速降低。