第三章磨損及磨損機理

1、第三章磨損及磨損機理物體摩擦表面上的物質(zhì)，由于表面相對運動而不斷損失的現(xiàn)象稱磨損。在一般正常工作狀態(tài)下，磨損可分三個階段：a. 跑合（磨合）階段：輕微的磨損，跑合是為正常運行創(chuàng)造條件。b. 穩(wěn)定磨損階段：磨損更輕微，磨損率低而穩(wěn)定。c. 劇烈磨損階段：磨損速度急劇增長，零件精度喪失，發(fā)生噪音和振動，摩擦溫度迅速升高，說明零件即將失效。（如圖3.1）量損磨穩(wěn)定磨損階段劇烈摩擦行程（時間）圖3.1磨損三個階段的示意圖機件磨損是無法避免的。但，如何縮短跑合期、延長穩(wěn)定磨損階段和推遲劇烈磨損的到來，是研究者致力的方向。影響磨損的因素很多，例如相互作用表面的相對運動方式（滑動，滾動，往復運動，沖擊），載

2、荷與速度的大小，表面材料的種類，組織，機械性能和物理-化學性能等，各種表面處理工藝，表面幾何性質(zhì)（粗糙度，加工紋理和加工方法），環(huán)境條件（溫度、濕度、真空度、輻射強度、和介質(zhì)性質(zhì)等）和工況條件（連續(xù)或間歇工作）等。這些因素的相互影響對于磨損將產(chǎn)生或正或負的效果，從而使磨損過程更為復雜化。磨損過程涉及到許多不同的學科領(lǐng)域，由于具有跨學科的性質(zhì)，至今還很難將它的規(guī)律解釋清楚。已經(jīng)有很多學者對磨損進行了大量的研究。如20世紀20年代，湯林森提出了分子磨損的概念，他認為兩個粗糙表面在接觸摩擦過程中相互接近，而一個表面上的原子被另一個表面俘獲的現(xiàn)象就是磨損。霍爾姆在上述基礎(chǔ)上作了進一步的發(fā)展，他指出摩擦

3、材料的壓縮屈服極限bb（即硬度）對耐磨性的影響很大。50年代初，奧貝爾（Oberle）從表層材料的機械破壞著眼，聯(lián)系“切削”過程來解釋磨損，他認為影響磨損的主要因素除硬度H夕卜，還有材料的彈性模量E。處在彈性極限內(nèi)的，變形越大，機械破壞越少，并提出用模數(shù)（m=E/HX105）來反映材料的耐磨性，m值高則耐磨性好。馮（Feng）提出了機械性質(zhì)相近的兩表面上機械嵌鎖作用導致界面上既粘連又犁削的觀點。布洛克（Blok）認為軟鋼表面變得粗糙和發(fā)生塑性變形，是由于應力過高而引起的。拉賓諾維奇認為表面能與材料硬度之比，對于磨損是一個重要因素，它可能影響磨屑的大小。赫魯曉夫提出了硬質(zhì)微凸體在軟表面上犁溝的模

4、式圖。有不少學者通過實驗和觀測發(fā)現(xiàn)，磨損是比原子量級大得多的數(shù)量級，大規(guī)模地發(fā)生著。拉賓諾維奇和阿查德（Archard）分別指出，磨損顆粒大約具有如實際接觸斑點直徑那樣的數(shù)量級。拉賓諾維奇提出磨屑呈半球形，阿查德也認為磨屑具有一定的厚度。在滑動或滾動過程中，表面微凸體反復承載而發(fā)生疲勞脫落的現(xiàn)象，有人把它看作是一種磨損，克拉蓋爾斯基（Kpare刃b）提出1了形成磨屑的數(shù)學模式，木村好次（Kimura）等人的觀點也屬于這一類。蘇（Suh）等人提出了由于應力重復作用和應變累積而引起材料轉(zhuǎn)移的觀點，他指出磨屑呈細片狀而不是呈半球形，同時認為材料的整體性能（硬度）不是控制磨損的因素。關(guān)于磨損現(xiàn)象的解釋

5、，不同的論點都從某一角度描述了磨損某一方面的狀況。還難以解釋千變?nèi)f化的磨損現(xiàn)象。隨著表面微觀分析儀器及電子計算技術(shù)的發(fā)展，人們對磨損的研究也由宏觀進入亞微觀，進而進入微觀研究；由靜態(tài)到動態(tài)，由定性到定量。但至今仍不能算很完善。本章主要討論金屬材料的磨損，關(guān)于非金屬材料的磨損問題將稍加講解。磨損的情況和程度，用磨損率來表示。磨損率是指單位時間，單位滑動距離、單位作功，或每一轉(zhuǎn)、每一次擺動中表面材料的磨損量。磨損量可用質(zhì)量，體積或厚度來度量。3.1磨損類型關(guān)于磨損的分類也有各種觀點。這里采用伯韋爾（Burwell）的觀點根據(jù)磨損機理的不同，把粘著磨損，磨粒磨損、腐蝕磨損和表面疲勞列為磨損的主要類型

6、，而把表面侵蝕，沖蝕等（為復合的磨損列為次要類型。這些不同類型的磨損，可以單獨發(fā)生，相繼發(fā)生或同時發(fā)生形式）。3.1.1粘著磨損摩擦副相對運動時，由于接觸點上的固相焊合，接觸表面的材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面的現(xiàn)象稱為粘著磨損。 粘著磨損機理由摩擦的粘著理論可知，金屬表面微凸體在法向載荷的作用下，當頂端壓力達到屈服強度時，就會發(fā)生塑性變形而使接觸面擴大，直到實際接觸面積大到足以支承外載荷時。相對滑動時，界面膜破裂，就會在接觸處形成“冷焊”接點。繼續(xù)滑動又會將接點剪斷，隨后再形成新的接點。在不斷的剪斷和形成新的接點的過程中，發(fā)生了金屬磨損。磨損量的大小取決于節(jié)點處被剪斷的位置。如剪切發(fā)生在界面

7、上，則磨損輕微；如發(fā)生在界面以下，則會使金屬從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面。繼續(xù)摩擦時，這部分轉(zhuǎn)移物就可能成為磨屑。如表面有污染膜，吸附膜等表面膜存在時，磨損輕微。由于表面膜的抗剪強度較低，接觸點處的表面膜很容易遭到破壞，使新鮮的金屬表面得以暴露，加上摩擦熱的影響，金屬間形成了很強的粘著，運動時必須剪斷這些金屬粘著點，造成表面損傷，嚴重時甚至可以咬死。綜上所述，可以將粘著磨損的過程作如下的描述：接觸一一塑性變形一一表面膜（包括油膜）破裂一一粘著（冷焊）一一剪斷接點一一再粘著的循環(huán)過程。 粘著磨損的分類根據(jù)剪斷位置的不同，表面損傷程度的不同，又可將粘著磨損分為以下幾個等級（如表3.1所列）：表3.1

8、粘著磨損的分類類別破壞現(xiàn)象損壞原因輕微磨損剪切破壞發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料極輕微粘著結(jié)合處強度比摩擦副的兩基體金屬都弱涂抹剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬金屬表面粘著結(jié)合處強度大于較軟金屬的剪切強度擦傷剪切破壞主要發(fā)生在較軟金屬的亞表層內(nèi)；有時硬金屬亞表面也有劃痕粘著結(jié)合處強度比兩金屬基體都高，轉(zhuǎn)移到硬面上的粘著物質(zhì)又拉削軟金屬表面撕脫（深掘）剪切破壞發(fā)生在摩擦副一方或兩方金屬較深處粘著結(jié)合處強度大于任一基體的剪切強度，剪切應力高于粘著結(jié)合強度咬死摩擦副之間咬死，不能相對運動粘著結(jié)合處強度比任一基體金屬的剪切強度都高，而且粘著區(qū)域大，剪切應力低于粘著結(jié)合

9、強度 粘著磨損規(guī)律a.阿查德（Archard）的磨損量計算式他假設在一系列等高度，大小相仿的微凸體上形成磨屑（見圖3.2）。設單個微凸體的接觸面積的半徑為r，面積為nr2，則所支承的載荷Ni=曲尿。如滑動距離為一個直徑長時，則剪斷的半球狀微凸體的體積Q=2/3nr3（半個球的體積）設n為接觸表面間的接觸點數(shù)，則滑動了L這么長距離后的總磨損量為:2332r所受的載荷為N，將圖3.2阿查德的微凸體相遇模式n?b?r2代入上式，則得:以上是假定每個接觸的微凸體都被剪斷而形成磨屑（磨損量）。而實際上尚有一個概率,用系數(shù)k來表示：QkNw-L3b如滑動距離L設為1個單位長度，將單位長度的磨損量定義為磨損

10、率式中：Q總磨損量；N法向載荷；L滑動距離；別材料的壓縮屈服極限（硬度）。根據(jù)以上結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：磨損量與滑動距離成正比；磨損量與法向載荷成正比，而與表觀面積無關(guān)；磨損量與較軟材料的壓縮屈服極限（硬度）成反比；滑動速度大體上對磨損量沒有影響。但是實驗證明，磨損量與法向載荷成正比只適用于法向載荷較小的情況下，當載荷大到接觸面上平均壓應力超過3別時，磨損會急劇增大。另外很多實驗也表明，速度對于各種材料的不同磨損類型都存在著一定的影響。同時，阿查德的公式中沒有說明表面膜對粘著磨損的影響，計算式中沒有反應出表面幾何性質(zhì)、表面加工狀況、磨合等因素的影響。b.吉本（Yoshimoto）與筑添（Ts

11、ukizoe）的計算式考慮到幾何因素的影響，他們假定微凸體呈錐狀。錐底直徑為2r，高度不等，都具有相同的錐底角B。與理想平滑的表A7/汽違11圖3.3吉本-筑添的表面接觸模型面摩擦（見圖3.3）。他們的推導思路和方法與阿查德相同。唯每個微凸體的形狀為錐體:hohrtgtg則:Nn?b?r2r3tg2r3tg此式中考慮了幾何性質(zhì)的因素總磨損量tg從式中可以看出，當表面越光滑（B越大）,tgB越小，磨損量就越小。經(jīng)過試驗證明，基本上與計算值相符。c.羅厄（Rowe）對阿查德方程的修正羅厄考慮了表面膜的影響，有表面膜存在時金屬直接接觸的面積只是真實接觸面積的一部分。即式中：B稱為表面膜分隔缺陷系數(shù)；

12、Am金屬直接接觸的面積；Ar真實接觸面積（包括有表面膜分隔的面積）。表面膜（包括油膜）缺損多時，屬直接接觸。ArL3B趨向于1。表示幾乎全是金阿查德的磨損量計算公式為:kmArL1kQArLkmAmL3羅厄的修正公式為:Ar根據(jù)修正的粘著摩擦理論，真實接觸面積N2-則Qkm12Lb式中：km為概率系數(shù)，但與阿查德的k數(shù)值不同，主要是考慮了表面膜及幾何因素等；卩為摩擦系數(shù)；a由剪切力引起的接觸面積增大系數(shù)，它滿足以下關(guān)系：b2+afT=別2d壓應力；Tf表面膜的剪切強度；前壓縮屈服極限。將上式寫成:式中：k被定義為磨損系數(shù)。與接觸產(chǎn)生的概率、摩擦副的材料、幾何性質(zhì)、表面膜的破損程度等因素有關(guān)。N

13、b從羅厄和阿查德的公式中都有說明磨損量與法向載荷成正比，與較軟材料的硬63*Cf!W-*“:嶺！*wloloIOhzEshh亶電Jaw誓tt10W(Nl度成反比。這正好與粘著摩擦理論相一致。在羅厄的修正公式中，包含了剪切力的影響和表面膜的影響。如表面膜損傷系數(shù)很小，則磨損量就會大大降低。d.威爾士（Welsh）的研究圖3.4粘著磨損的特征考慮了溫度的影響。威爾士認為，隨著載荷與滑動速度的改變，會引起摩擦表面溫度的升降，從而造成粘著磨損特征的明顯變化（圖3.4）。溫度在Ti以下時，磨屑基本上是氧化物，屬于輕磨損；溫度超過Ti，進入嚴重磨損，特征是磨屑由金屬之間焊合后再剪斷而產(chǎn)生的，表明此時表面上

14、在輕載時建立的氧化膜破裂，磨損由亞表層的塑性變形造成。Ti是從輕微磨損到嚴重磨損的轉(zhuǎn)變點。當溫度到達T2后，由于表面溫度相當高，約有90%的塑性變形能轉(zhuǎn)為熱能。如果這些熱保留在摩擦副中，則會出現(xiàn)高達1000C的瞬現(xiàn)溫升（約在10-3s內(nèi)）。這樣的溫度足夠引起表面層的相變（如出現(xiàn)“白層”結(jié)構(gòu)）它將阻礙塑性變形的發(fā)展，并能幫助建立氧化膜。這時的磨損率又顯著下降。溫度再升高到T3,此時可使表面層迅速變成硬化狀態(tài)。在表面上形成氧化層為主要反應，而不發(fā)生金屬轉(zhuǎn)移。所以磨損率又下降。但他并沒有解釋為何到更咼溫度時磨損率又向上。10O10圖3.5磨損的轉(zhuǎn)化e.查爾德（Child）的研究他研究了載荷與速度對軟

15、鋼-軟鋼無潤滑條件下的磨損狀態(tài)（見圖3.5）,表明磨損隨工作條件的改變而發(fā)生轉(zhuǎn)化。在低速低載荷范圍（A區(qū)），金屬表面發(fā)生硬化，并降低了粗糙度。在氧化膜的保護下，磨損基本上屬于氧化膜的機械磨損。速度和載荷稍高（B區(qū)），氧化膜有可能破裂而產(chǎn)生嚴重的金屬轉(zhuǎn)移及磨損。在更高的速度下（C區(qū)），由于摩擦熱引起氧化及相變硬化，又恢復了氧化膜的保護作用。當速度再提高（D區(qū)），由于溫度升高，嚴重的表面軟化現(xiàn)象又可以引起嚴重磨損。速度再高（E區(qū)），則又出現(xiàn)氧化膜起主導作用的現(xiàn)象。這兩個試驗表明了溫度對磨損的重要作用。由于金屬材料在不同的溫度下會產(chǎn)生不同的相轉(zhuǎn)變（組織變化），從而改變了表面的硬度，使磨損不符合前面所

16、說的規(guī)律。不過，摩擦副在使用過程中，不允許溫升過高，也不應該進入嚴重磨損區(qū)。前面所述的磨損規(guī)律還是具有實際應用價值的。3.1.2磨料磨損硬質(zhì)顆?；虮砻嫔嫌驳耐贵w在摩擦過程中引起的材料脫落稱為磨料磨損。磨料磨損包括三種情況：在磨料中工作的零件，磨料對零件表面的作用。如與泥沙接觸的犁，推土機的刀片，石油鉆探機的鉆頭（二體磨損）;外來的堅硬顆粒夾在兩個摩擦面之間滑動所造成的（三體磨損）。外來的磨料可以是磨損脫落的磨屑，也可以是環(huán)境中的灰砂塵土；粗糙而堅硬的表面在較軟表面上滑動所造成的。磨料磨損的分類（見表3.2）穽出部甘的空轟芍脫落表3.2磨料磨損的分類類型產(chǎn)生條件破壞形式實例鑿削式磨料磨損磨料對材

17、料表面產(chǎn)生高應力碰撞（見圖3.6）從材料表面上鑿削下大顆粒的金屬。被磨表面有較深的溝槽挖掘機斗齒，破碎機錘頭等零件的表面破壞高應力碾碎式磨料磨損磨料與金屬表面接觸處的最大壓應力，大于磨料的壓潰強度（見圖3.7）一般金屬材料被拉傷，韌性材料產(chǎn)生塑性變形或疲勞，脆性材料發(fā)生碎裂或剝落球磨機襯板與鋼球，軋碎機滾筒等零件的表面破壞低應力擦傷磨料磨損磨料作用于表面的應力不超過磨料的壓潰強度（見圖3.8）材料表面產(chǎn)生擦傷（或微小切削痕）。犁鏵，運輸槽板及機械零件被砂塵污染的摩擦表面圖3.6鑿削式磨料磨損圖3.7高應力碾碎式磨料磨損圖3.8低應力擦傷磨料磨損h，錐底直徑為2r（即犁出的溝槽寬n個微凸體。則所

18、受的法向載荷N磨料磨損的機理a. 三種假說微量切削假說：磨損是由于磨料顆粒在金屬表面發(fā)生的微量切削；疲勞破壞假說：磨損是由于磨料在金屬表面上產(chǎn)生交變的接觸應力引起；壓痕假說：磨損是由于硬質(zhì)磨料對塑性材料表面引起壓痕，從表面上擠出的剝落物。b. 磨料磨損的模型可以將磨料看作是具有錐形的硬質(zhì)顆粒在軟材料上滑動，犁出一條溝，一部分金屬被擠到溝的兩邊，另一部分則磨成磨屑。圖3.9所示為錐狀微凸體在軟表面上犁溝的簡圖。壓入深度為度）。在垂直方向的投影面積為nr2（圓面積），軟材料的壓縮屈服極限bb，法向載荷N。滑動時只有半個錐面（前進方向的錐面）承受載荷。共有為:Ni122rb2N2br將犁去的體積作為

19、磨損量，如滑動距離為Q）w（磨損率）為：L,則單位滑動距離的磨損量（體積磨損量為水平方向的投影面積為一個三角形。磨損量Q_wnhrLhrtg則2tgcNw?ka?bHQ=nhrL,Q砥M網(wǎng)圖3.10磨料和材料硬度對磨料磨損的影響ka不僅包含了微凸體的形狀因素，還包含磨損類型的區(qū)別。一般二體磨損（零件在磨料中工作）取較大值；三體磨損（磨粒夾在摩擦面之間）則取較小值。此式與粘著磨損有同樣的形式：與法向載荷成正比，與軟材料的硬度呈反比。前蘇聯(lián)的研究工作者赫魯曉夫（M.M.XpymoB）認為材料硬度是磨料磨損最重要的參數(shù)。圖3.10表示了體積磨損Q與材料硬度Hm和磨粒硬度Ha之間的關(guān)系。Hm1.3Ha

20、為I區(qū)，低磨損狀態(tài)；0.8HaHm1.3Ha為H區(qū)，過渡狀態(tài)；HmW0.8Ha為川區(qū)，嚴重磨損狀態(tài)。C.磨屑形成機理斷裂的過程。在磨料磨損的過程實質(zhì)上是材料表面在磨料的作用下局部區(qū)域發(fā)生變形、畀已務IB*/L4EJ=7i/r1(1/此過程中，磨料對金屬接觸表面的作用力，可分解為垂直于表面和平行于表面的兩個分力。垂直分力的作用是使磨料壓入表面；平行分力的作用是使磨料在金屬表面上作切向運動，引起表面切向變形和斷裂。形成磨屑。由于條件不同，磨屑形成的機理也不同。有三種形式列于表3.3中。表3.3磨料磨損的磨屑磨屑形式形成條件形成機理塑性磨屑尖銳有棱角的磨料在塑性材料上連續(xù)切削。以鑿削性磨損為主被削表

21、面塑性變形后留有溝槽，作用力大溝槽深，磨屑呈連續(xù)狀疲勞磨屑1.磨料硬而棱角不尖銳，壓入金屬表面，直接形成斷屑。鑿削性磨損中也有這類磨屑金屬被磨料犁皺而不成犁溝。被移動的金屬反復疲勞變形形成磨屑2.高應力碾碎性磨損中磨料被金屬碾碎，刺入金屬表面磨料以很大的壓應力刺入表面，使金屬發(fā)生變形并前后移動，形成疲勞磨屑3.硬質(zhì)沖擊磨料作用下，金屬表面形成凹凸不平的圓坑反復沖擊后，圓坑之間的金屬多次變形，形成疲勞磨屑脆性磨屑磨料作用在脆性材料上，應力超過材料強度極限脆性材料不發(fā)生塑性變形而直接產(chǎn)生裂紋，隨后裂紋擴展，形成碎片狀磨屑歸納前人的研究，可以認為：i對于塑性材料：塑性變形是磨損速率的控制因素;ii對

22、于脆性材料：斷裂是磨損速率的控制因素；iii表面分子作用機理：非常小的磨粒對材料的磨損，磨粒壓入深度在表面膜的厚度范圍內(nèi)，雖然看不到塑性變形，但表面膜不斷磨損，然后影響磨料磨損的因素圖3.11不同硬度的鋼與磨料硬度的關(guān)系又不斷形成。0a.金屬材料硬度的影響般來說，材料的硬度越高越好;b. 磨料硬度的影響一般情況下，磨料的硬度越高，金屬材料的磨損越大；但超過一定值后，磨損量增加得緩慢了，甚至有所降低。如圖3.11所示。c. 磨料顆粒大小的影響一般，金屬的磨損量隨磨粒平均尺寸的增大而增大，但磨料達到一定臨界尺寸后，磨損量保持不變。3.1.3表面疲勞磨損摩擦副接觸表面作滾動或滑動摩擦時，由于周期性載

23、荷，使接觸區(qū)產(chǎn)生很大的交變應力，導致表面發(fā)生塑性變形。在表層薄弱處引起裂紋，逐漸擴展并發(fā)生斷裂，而造成的點蝕或剝落，稱為表面疲勞磨損。 表面疲勞磨損的分類a. 非擴展性的表面疲勞磨損剛接觸時表面間的接觸點較少，接觸應力較高，很容易就產(chǎn)生小麻點。隨著接觸面積逐漸擴大，單位面積的實際壓應力降低，小麻點就停止擴大。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在經(jīng)過加工硬化提高了表面強度的塑性金屬表面。b. 作用在接觸表面上的交變應力較大時，由于材料的塑性稍差或潤滑不當，使運動開始初期就發(fā)生小麻點，而且在較短的時間內(nèi)，由小麻點擴展成豆斑狀的凹坑。 表面疲勞磨損機理表面疲勞磨損，是在摩擦接觸面上不僅承受交變壓應力，使材料發(fā)生疲勞，

24、同時還存在摩擦和磨損，且表面還有塑性變形和溫升，因此，情況比一般疲勞更為嚴重。根據(jù)彈性力學的赫茲公式可知，無論是點接觸還是線接觸，表層最薄弱處是在離表面0.786b處（b為點接觸或線接觸的接觸區(qū)寬度的1/2）。因為這里是最大剪切應力的作用點，最容易產(chǎn)生裂紋。特別是在滾動加滑動的情況下，最大剪切應力的作用點離摩擦表面更近。就更容易剝落產(chǎn)生磨損。對于裂紋產(chǎn)生機理有很多研究：a. 裂紋從表面產(chǎn)生在滾動接觸過程中，由于外界載荷的作用，表面層的壓應力引起表層塑性變形，導致表層硬化，開始出現(xiàn)表面裂紋,如圖3.12所示。當潤滑油楔入裂紋中（圖圖3.12表面裂紋示意圖3.12a）滾動體在運動時又將裂紋的口封住

25、。裂紋中的潤滑劑被堵在縫中，形成巨大的壓力，迫使裂紋向前擴展。經(jīng)過多次交變后，裂紋將擴展到一定的深度，形成懸臂狀態(tài)（圖3.12b）,在最弱的根部發(fā)生斷裂，出現(xiàn)豆斑狀的凹坑（圖3.12c），稱為點蝕。這種現(xiàn)象在潤滑油粘度低時容易發(fā)生。b. 裂紋從接觸表層下產(chǎn)生由于接觸應力的作用，離表面一定深度（0.786b）的最大剪切應力處，塑性變形最劇烈。在載荷作用下反復變形，使材料局部弱化，在最大剪應力處首先出現(xiàn)裂紋，并沿著最大剪應力的方向擴展到表面，從而形成疲勞磨損。如在表層下最大剪應力區(qū)附近，材料有夾雜物或缺陷，造成應力集中，極易早期產(chǎn)生疲勞裂紋。c.脫層理論（分層理論）蘇（Suh）認為接觸的兩表面相對

26、滑動，硬表面的峰頂劃過軟表面時，軟表面上每一點都經(jīng)受一次循環(huán)載荷。在載荷的反復作用下，產(chǎn)生塑性變形。塑性變形沿著材料的應力場，擴展到距表面較深的地方，而不是表面上。因此在表面以下，金屬出現(xiàn)大量位錯，并在表層以下一定距離內(nèi)將出現(xiàn)位錯的堆積，如遇金屬中的夾雜或第二相質(zhì)點，位錯遇阻，導致空位的形成和聚集，此處更易發(fā)生塑性流動。這些地方往往是裂紋的成核區(qū)域（圖3.13）。表層發(fā)生位錯聚集的位置取決于金屬的表面能和作用在位錯上正應力的大小。一般，面心立方金閒r在妥質(zhì)期孫成拉繪的點上位的空構(gòu)空制我圖3.13塑性流動的位置屬的位置比體心立方金屬的深。根據(jù)表面下的應力分布狀況，裂紋都是平行于表面的。每當裂紋受

27、一次循環(huán)載荷，就在同樣深度處向前擴展一個短距離，擴展到一定的臨界長度時，裂紋與表面之間的材料，由于剪切應變而以薄片形式剝落下來。裂紋產(chǎn)生的深度由材料的性質(zhì)及摩擦系數(shù)所決定。后來，富基坦（Fujita）等用NiCr滲碳鋼作了實驗研究，發(fā)現(xiàn)裂紋首先在較淺的部位形成，通過反復接層的位置加深。然方的金屬發(fā)生斷d.微觀點蝕勃士過去分析點蝕是現(xiàn)象觸，產(chǎn)生二次裂紋和三次裂紋，脫后，裂紋擴展到表面，而使裂紋上裂。概念（Berthe）等提出微觀點蝕概念。用宏觀的赫茲應力分析法，以為接觸面是理想光滑的。而實際上表面是粗糙的,真實接觸在粗糙表面的峰頂。表面粗糙度使赫茲應力分布發(fā)生調(diào)幅現(xiàn)象（圖3.14的實線所示。虛線

28、為理想表面的赫茲應力分布曲線）。每個峰頂上的接觸應力引起的點蝕稱為微觀點蝕。這種點蝕大約是宏觀點蝕的1/10左右。而這種微觀點蝕往往都是宏觀點蝕的起因。 表面疲勞磨損的影響因素a. 鋼材質(zhì)量含有夾雜物的鋼材，在交變應力作用下，最容易發(fā)生疲勞磨損；b. 鋼材表面硬化層的影響表面硬化層可以提高耐疲勞磨損的能力。但是硬化層不能過薄，如果在芯部材料與表面硬化層過渡區(qū)，恰逢位錯聚集區(qū)，則容易造成表層剝落。c. 材料表面硬度的影響對于不同類型的摩擦副均有各自的最佳硬度值。如滾動軸承用的鋼材，硬度以HR62為最佳（實驗結(jié)果）。高于或低于此值軸承壽命都將隨之降低。對于齒輪材料，一般來說，小齒輪的硬度應該略高于

29、大齒輪的，這樣有利于磨合，使接觸應力分布均勻。d. 表面光潔度的影響作為滾動或滾滑摩擦件而言，表面光潔度應當盡量高些。特別是硬度較高的零件，光潔度更應高些。但光潔度也有一個最佳值。過高的光潔度對提高疲勞磨損壽命的影響不很大。e. 潤滑的影響潤滑油的粘度越高接觸部分的壓力越接近平均分布，抗疲勞磨損能力越好。3.1.4腐蝕磨損在摩擦過程中，由于機械作用和摩擦表面材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應，共同引起的物質(zhì)損失，稱為腐蝕磨損，也有稱其為機械化學磨損。一般情況下，腐蝕磨損處于輕微磨損狀態(tài)，而在高溫潮濕環(huán)境或特殊腐蝕介質(zhì)中，則處于嚴重磨損狀態(tài)。通常，材料表面與環(huán)境先起化學或電化學反應，然后通過運動

30、一一機械作用，將反應生成物去掉；也有可能由機械作用產(chǎn)生微細的磨屑，然后再起化學作用。由于介質(zhì)的性質(zhì)，介質(zhì)作用于摩擦面上的狀態(tài)以及摩擦副材料的不同，腐蝕磨損的狀態(tài)也不同。大致可以分為以下幾類： 氧化磨損在大氣或有氧環(huán)境的磨損過程中，表面生成一層氧化膜，避免了金屬之間的直接接觸。磨損過程即是氧化物的磨損。氧化磨損最簡單的機理：氧化層形成和生長達到一定厚度，將金屬摩擦面隔開。經(jīng)過摩擦氧化層脫落，由于金屬表面與氧化性介質(zhì)的反應速度很快。氧化膜從表面磨掉后，又很快形成新的氧化膜。如此周而復始。一般在空氣中磨損速率較低，金屬表面沿滑動方向產(chǎn)生勻細的磨痕和紅褐色片狀Fe2O3磨屑，或灰黑色絲狀Fe3O4磨屑

31、。在靜止狀態(tài)下，氧化速率由氧或金屬離子通過氧化層的擴散速率所決定。在摩擦條件下，這種擴散比較容易進行，說明氧化速率比靜止時高。磨合過程中的磨損，幾乎完全在氧化膜中進行，而不發(fā)生金屬粘著和轉(zhuǎn)移。但這并不表示金屬不被磨損，高點處氧化膜磨損后，暴露出金屬又被氧化不發(fā)生金屬粘著和轉(zhuǎn)移，但表面上金屬微凸體的高點在逐漸削平，不過都是以氧化物的形態(tài)被磨掉。在有潤滑的環(huán)境中，油的氧化物和鐵的氧化物起反應生成鹽類，脂肪酸與金屬形成皂類。在金屬磨屑中含有皂類化合物又會催化油的氧化，促使表面氧化而磨損增大。氧的濃度越大，磨損也越大。而某些添加劑如硫化物在沒有氧或氧化物的環(huán)境中幾乎不起極壓抗磨作用，只有存在Fe3O4

32、時才能起很好的作用。這是由于在摩擦熱的作用下，潤滑劑或添加劑在氧化環(huán)境中進行摩擦化學反應，起到極壓抗磨的效果，說明氧化又能促使反應膜的生成而降低磨損。 氫致磨損鮑烈可夫（nOHKOB）等發(fā)現(xiàn)，在摩擦表面上氫的濃度有所上升，而使磨損加速，稱為氫致磨損。其過程如下：a. 氫可能來自材料本身或環(huán)境介質(zhì)（潤滑油、水），在摩擦過程中，由于力學和化學的作用，導致氫的析出，并不斷地進入摩擦副材料的表面層。b. 介質(zhì)中的氫擴散到金屬表面的變形層中，由于溫度和應力梯度，使氫在擴散后形成富集。c. 由于氫的滲入，使表面變形層出現(xiàn)大量的裂紋源。并在很短的時間內(nèi)形成非常細小而分散的粉末狀磨屑。氫致磨損不同于鋼的氫脆現(xiàn)

33、象，它只是在摩擦過程中，碳氫類化合物斷裂的C-H吸附在金屬表面上，在摩擦過程中引起的。 其它腐蝕介質(zhì)的腐蝕磨損金屬摩擦副表面可能與酸、堿、鹽等介質(zhì)起作用。一方面可能生成耐磨性較好的保護膜。但另一方面，隨著腐蝕速率的增大，磨損也加快。磨損率通常隨腐蝕性增強而變大（磨損率還取決于摩擦過程中的載荷、速度和溫升等條件）。如耐磨性保護膜的生成速度大于磨損速度，則磨損率不受介質(zhì)腐蝕性的影響。即磨損均發(fā)生在保護膜中。如磨損率大于保護膜的生成速度，則將發(fā)生較為嚴重的金屬磨損。如Ni、Cr等金屬在特殊介質(zhì)下，易形成化學結(jié)合力較強、結(jié)構(gòu)致密的鈍化膜。因而可減輕腐蝕磨損。W和Mo等在500C以上形成保護膜，摩擦系數(shù)

34、變小。所以這些是耐高溫耐腐蝕的金屬材料。而含有Cd、Pb等元素的軸承材料，容易被潤滑油中的酸性物腐蝕而Ag、Cu等元生成黑斑，并逐漸擴展成海綿狀空洞，并于摩擦過程中形成小塊剝落。又如素，在溫度不高時，就會與潤滑油中的硫化物起作用生成硫化膜，有減磨作用；而在高溫下,這層膜破裂，且在摩擦時剝落，磨損明顯加大。3.1.5其它磨損以上介紹的為磨損的四種基本類型，但實際中表現(xiàn)出的磨損，常不能單純地納入上述四類基本形式。有許多是以上基本類型的轉(zhuǎn)化或復合。如圖3.15、16所示隨速度及載荷的變化，磨損類型也在變化。這說明，磨損類型可以隨工作條件的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)化。FeiOi珂Pit壓曲卩WFg與圖3.15磨損

35、隨速度轉(zhuǎn)化示意圖圖3.16磨損隨載荷轉(zhuǎn)化示意圖當滑動速度很低時，主要是氧化磨損，出現(xiàn)Fe2O3的磨屑，磨損率很小。隨速度的增大，氧化膜破裂，產(chǎn)生裸露金屬的直接接觸，轉(zhuǎn)化為粘著磨損，磨損量顯著增大?；瑒铀俣仍俑?，摩擦溫度上升，有利于氧化膜的形成，又轉(zhuǎn)為氧化磨損，磨屑為Fe3O4，磨損率又下降。如滑動速度再增大，將再次轉(zhuǎn)化為粘著磨損。磨損變得十分劇烈而導致失效。Fe2O3轉(zhuǎn)載荷的改變也類似，小載荷時主要是氧化磨損。載荷超過臨界值時，磨屑由為Fe2O3和Fe3O4及FeO的混合物。載荷再高就轉(zhuǎn)化為粘著磨損。同時，有的磨損狀態(tài)本身就是多種類型的復合。如邊界潤滑狀態(tài)下的磨損，既有干摩擦時的氧化及粘著，又

36、因有潤滑劑及添加劑等摩擦化學形成的反應生成物等的作用，磨損狀態(tài)十分復雜。微動磨損兩個固體接觸表面上，發(fā)生周期性小振幅的相對運動產(chǎn)生的磨損，稱為微動磨損。微動磨損是一種典型的復合磨損，它涉及粘著、磨料、疲勞和腐蝕磨損等多種類型。在緊固件接觸中，由于載荷在一定頻率的作用下，使緊固件松動，噪聲增大。嚴重時會因磨屑的聚集而導致摩擦副咬死。微動磨損還會使表面或亞表面層中產(chǎn)生微裂紋，在應力反復作用下發(fā)展成疲勞斷裂，稱為微動疲勞。微動磨損的發(fā)生過程：接觸壓力使結(jié)合面上真實接觸的峰頂塑性變形，產(chǎn)生粘著；小振幅振動將粘著接點剪切脫落，露出基體金屬表面；脫落的顆粒和新生表面又與氧反應生成以Fe2O3為主的氧化物磨

37、屑。由于振幅很小，磨屑不易離開表面，就停留在表面上起磨料的作用（三體磨料磨損）。同時，又因應力的反復作用，微裂紋可發(fā)展成疲勞斷裂。如果應力足夠大，疲勞會繼續(xù)擴展，以致完全破壞。這就是微動磨損。微動磨損的損壞特點：摩擦表面有較集中的凹坑，因為活動區(qū)很小，粘著、疲勞均集中在很小的范圍內(nèi)。磨損產(chǎn)物是紅褐色的氧化物細顆粒。馮一鳴（Feng）等將微動磨損隨循環(huán)次數(shù)的變化分成4個階段，如圖3.17所示，OA段為起始摩擦時，由于金屬轉(zhuǎn)移和磨損造成曲線上升；AB段為過渡階段，從剪切脫落轉(zhuǎn)到磨料磨損；到BC段磨料作用下降，磨損速率也下降；最終的CD段是由于磨屑增多，隔開接觸表面，使粘著減輕，磨損速率低而穩(wěn)定的階

38、段微動磨損的機理和影響因素:a.粘著的作用表面粗糙不平，在凸峰處首先圖3.17微動磨損失重-循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線開始接觸。雖有氧化膜和吸附物質(zhì)的保護，但由于小振幅的振動，使其很快就破壞，從而形成金屬的冷焊接點。這種接點在法向力和切向力的聯(lián)合作用下，經(jīng)過多次反復，會在表面下誘發(fā)疲勞裂紋。金屬的粘著與摩擦副配對材料有關(guān)。同種材料配副中容易發(fā)生，配對材料有相同的晶格且原子半徑差不多大時，易固溶，易粘著；面心立方晶格的金屬比密排六方晶格的容易粘著，因其易滑移，容易形成位錯。b.磨屑的作用在微動磨損的初始階段，粘著材料可能轉(zhuǎn)移到對摩面上，又可能轉(zhuǎn)移回來。不同材料的配偶中，材料從低硬度一方向高硬度一方的表面轉(zhuǎn)

39、移。在此過程中可能形成幾種磨屑：轉(zhuǎn)移材料逐步氧化，被逐出表面而成磨屑；連續(xù)轉(zhuǎn)移形成的氧化膜反復疲勞產(chǎn)生磨屑；表面凸峰微切削作用產(chǎn)生的磨屑。這類磨屑主要以金屬形式脫離母體，但在不斷的微動過程中，被粉碎得越來越細，使之具有極大的化學活性，極易氧化。鋼鐵的微動磨屑呈紅棕色，為Fe2O3，是鐵元素的最終氧化物。微動磨損由于界面上有磨屑存在，所以構(gòu)成三體磨損，對表面的損傷比一般滑動摩擦的高。但如果金屬的硬度高、脆性高，則有時氧化物磨屑可以阻止進一步粘著而起到保護表面的作用。甚至到微動后期，磨屑增多，將表面完全隔開，從而減小粘著，對載荷起著緩沖作用，直到完全阻止微動。c脫層的作用微動磨損屬于低速滑動。蘇（

40、Suh）認為，只有應力循環(huán)交變的次數(shù)很多，才能形成亞表面裂紋。經(jīng)實驗觀察，微動形成的片狀磨屑是在原位上由金屬破裂而成,而不是由粘著從對摩面上轉(zhuǎn)移來的。有人提出了微動磨損的模型：表面破裂一一亞表面破裂一一片狀磨屑產(chǎn)生一一微動疲勞裂紋萌生。亞表面裂紋的形成，并不是發(fā)生在表面下一定深度處，而是在一個深度范圍內(nèi)，因此，一個部位可以產(chǎn)生多層薄片磨屑。d.氧化的作用氧化對微動磨損有很重要的影響和作用，故微動磨損常稱為微動腐蝕。氧化膜可以減緩磨損。氧化膜有一個臨界厚度，大于此厚度才能有效地降低磨損。在高溫下，氧化膜厚度明顯增加，能牢固地與基體結(jié)合，可表現(xiàn)出較強的抗微動磨損的能力。在微動作用下，金屬常生成微米

41、量級的釉質(zhì)氧化膜。它雖是釉質(zhì)（一般為無定形結(jié)構(gòu)），卻有明顯的晶型，一般為尖晶石結(jié)構(gòu)。由于其表面光滑，摩擦和磨損明顯下降，是一種理想的抗微動磨損的保護膜。沖蝕磨損由流動粒子（固體或液體）反復沖擊材料表面造成的破壞，稱為沖蝕磨損。如水輪機的葉片、輪船的螺旋槳等受到流體的沖擊。流體在高壓下形成渦流，產(chǎn)生很多氣泡。氣泡在高壓區(qū)潰滅，產(chǎn)生較大的循環(huán)沖擊力，使零件表面疲勞破壞。加上流體介質(zhì)的化學與電化學作用，更加速了表面的破壞。受流體沖擊的零件，表面先產(chǎn)生麻點，在擴展成泡沫或海綿狀空穴，嚴重時深度可達2mm。這種磨損稱為氣蝕磨損。是一種有氣泡爆破作用的沖蝕磨損。沖蝕或氣蝕磨損都可看作是疲勞磨損的一種派生型

42、式。根據(jù)沖擊粒子的種類，沖蝕磨損可分以下幾個類型（如表3.4）所列：表3.4沖蝕磨損的分類沖蝕類型介質(zhì)第二相實例噴砂式?jīng)_擊固體固體粒子燃氣輪機、鍋爐管道雨蝕、水滴沖擊液體液滴高速飛行器、汽輪機葉片泥漿沖蝕固體粒子水輪機葉片、泥漿泵葉輪氣蝕氣體氣泡水輪機葉片、高壓閥門密封面3.2磨損的檢測與評定研究磨損要通過各種摩擦磨損試驗設備，檢測摩擦過程中的摩擦系數(shù)及磨損量（或磨損率）。摩擦過程中從表面上脫落下來的材料（磨屑），記錄了磨損的發(fā)展歷程，反映了磨損機理，描述了表面磨損的程度。發(fā)生磨損后的表面，同樣有著磨損機理、磨損嚴重程度及其發(fā)展過程的記載。因此研究磨屑和磨損后表面上的信息是研究磨損的重要一環(huán)。

43、3.2.1摩擦磨損試驗機及試驗設備磨損試驗的目的在于研究各種因素對摩擦磨損的影響，從而合理地選擇配對材料，采用有效措施降低摩擦、磨損，正確設計摩擦副的結(jié)構(gòu)尺寸及冷卻設施等等。摩擦磨損試驗大體上可分為實驗室試驗，模擬試驗或臺架試驗，以及使用試驗或全尺寸試驗三個層次。各層次試驗設備的要求各不相同。 實驗室評價設備實驗室設備主要用于摩擦磨損的基礎(chǔ)研究，研究工作參數(shù)（載荷、速度等）對摩擦磨損的影響?？梢缘玫絾我粎⒘孔兓c摩擦磨損過程之間的關(guān)系。還可控制試驗環(huán)境，如加潤滑（劑或材料、劑量和組分及潤滑方式），周圍氣氛（惰性氣氛、真空、溫度、特殊介質(zhì)），求得特定環(huán)境條件下的結(jié)果。研究者需要選擇合適的試驗設備

44、和試驗條件：試驗設備有各種不同的摩擦形式、接觸形式和運動形式，有不同的主變參數(shù)（載荷、速度）和可測結(jié)果（摩擦系數(shù)、磨損）。摩擦形式：有滑動摩擦、滾動摩擦及滾動-滑動混合摩擦；接觸形式：有點接觸、線接觸和面接觸;運動形式：有旋轉(zhuǎn)運動和直線運動，又各自有單向和往復兩種形式。將這些形式排列組合成不同的試驗設備。實驗室設備的特點是：a. 摩擦副是抽象了的各種不同的摩擦形式、接觸形式和運動形式，而不是實際摩擦零件的形式；b. 要有定量測定摩擦系數(shù)和（或）磨損的裝置，以及能定量地顯示實驗條件：載荷和速度。有的設備和試驗方法已經(jīng)標準化。使用標準化的設備和方法，可以得到可比的試驗結(jié)果?，F(xiàn)介紹幾種常用的實驗室摩

45、擦試驗設備（見表3.5）。表3.5實驗室常用的摩擦試驗設備摩擦副對偶實驗機名稱接觸及運動形式可測數(shù)據(jù)應用范圍四球機點接觸滑動摩擦旋轉(zhuǎn)運動測量不同載荷與速度下球的磨損，磨斑直徑和Pb，Pd值適合于評定潤滑油、脂、膏的潤滑性及抗磨性各種類型的環(huán)-塊試驗機TimkenMHK-500LFW-1HQ線接觸滑動摩擦旋轉(zhuǎn)或擺動測量不同載荷與速度下的動摩擦系數(shù)和磨痕寬度液體及半固體潤滑劑固體潤滑材料干膜潤滑劑Skoga磨損試驗機線接觸滑動摩擦旋轉(zhuǎn)測定材料在有潤滑和無潤滑下的磨損各類固體材料液體潤滑劑Falex-0試驗機線接觸（4線）滑動摩擦旋轉(zhuǎn)在固定速度下改變載荷測定承載能力和耐磨壽命液體潤滑劑固體潤滑膜FH

46、ohmanA-6型高溫試驗機線接觸（2線）滑動摩擦旋轉(zhuǎn)高溫下固體材料的摩擦系數(shù)，磨痕寬度環(huán)境和試樣溫度固體潤滑材料各種類型的栓-盤（Pin-Disk）試驗機真空試驗機高溫試驗機Falex-6型（有多種接觸形式）點接觸或面接觸滑動摩擦旋轉(zhuǎn)在不同載荷與速度下測定材料的摩擦系數(shù)和耐磨性（磨痕寬度，線磨損量，質(zhì)量損失）及環(huán)境（真空度或溫度）固體材料固體膜粘滑試驗機靜動摩擦試驗機；點接觸滑動摩擦直線或往復在極低的速度下測定材料的靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)（粘滑現(xiàn)象）固體膜固體材料液體或半固體潤滑劑RFT往復試驗機，面接觸滑動摩擦往復直線運動在不同載荷與速度下測定摩擦系數(shù)和耐磨性液體潤滑劑和固體潤滑材料、固體

47、潤滑膜)SRV微動摩擦試驗機摩擦副：面對面接觸圓柱對面線接觸球?qū)γ纥c接觸點、面、線接觸滑動摩擦往復直線運動在高速往復滑動下測定摩擦系數(shù)和磨損液體潤滑劑，固體膜，固體潤滑材料a5滾滑類試驗機MM-200AMSLERni=n2為純滾動n1=0為純滑動n1工n2為滾滑線接觸（純滾或滾滑），面接觸（純滑）旋轉(zhuǎn)運動摩擦力矩磨損固體膜固體潤滑材料液體潤滑劑軸承PV值試驗機面接觸滑動摩擦旋轉(zhuǎn)極限PV值溫升液體潤滑劑固體潤滑材料固體膜 模擬試驗或臺架試驗設備模擬試驗或臺架試驗設備是專門設計的，可以模擬實際工況的實驗室裝置（或稱臺架）經(jīng)實驗室篩選試驗后，將候選材料做成的零件與實際摩擦副的幾何結(jié)構(gòu)相似，接觸形式相

48、同，在工況條件、環(huán)境條件相同或更苛刻的情況下進行試驗。這種實驗結(jié)果，能比較精確地反映出摩擦副的摩擦磨損的過程。但是實際工況的模擬是十分困難的。載荷和速度可以控制，而表面溫度的控制就很難實現(xiàn)。因為畢竟不是真實的摩擦副。相似的尺寸并不一定能做到熱性能的模擬。因此要達到滿意的實驗結(jié)果，必須精心設計。臺架試驗的目的，通常是評定被試摩擦副的性能，能否達到規(guī)定的指標（一般規(guī)定指標都超過使用時的實際要求），如溫升、使用壽命、功率消耗等。表3.6中列舉了部分模擬試驗設備。模擬試驗設備通常是根據(jù)需要自行設計的非標準設備，只有少數(shù)設備為通用的臺架。表3.6模擬或臺架試驗設備試驗機名稱說明簡圖滾動軸承試驗機用實際的

49、徑向軸承或止推軸承作摩擦副，測軸承使用壽命齒輪或渦輪試驗機如FZG齒輪試驗機，用齒輪作試件，測載荷下齒輪的磨損情況軸-軸套試驗機用軸和軸套作試件，測軸承溫升，極限PV值凸輪-挺桿試驗機用凸輪和挺桿作試件，在模擬發(fā)動機工作條件下試驗摩擦副的耐磨壽命絲杠-螺母試驗裝使螺旋與螺母作相對運動的裝螺栓-螺帽試驗裝試驗螺栓與螺帽在可測緊固力置矩的條件下表面膜的覆蓋狀態(tài)氣缸-活塞環(huán)試驗通常用發(fā)動機臺架進行試驗裝置也有專用的活塞環(huán)與活塞環(huán)槽摩擦的模擬試驗機摩擦離合器試驗裝模擬離合器摩擦狀態(tài)的試驗裝端面密封試驗裝置模擬密封件作動密封時的摩擦狀態(tài)滾動軸承保持架試模擬滾動體與滾道的滾動摩擦驗裝置和與保持架的滑動摩擦

50、時的受力及運動狀態(tài)汽車安全帶模擬實驗裝置 使用試驗（全尺寸試驗）用實際部件甚至整機在實際工況條件及環(huán)境下進行試驗，考查全部參量對整個摩擦磨損潤滑系統(tǒng)綜合作用的結(jié)果。但這種實驗結(jié)果很難判斷單一因素在整個運轉(zhuǎn)過程中的影響程度，也不容易分析造成磨損失效的根本原因。這種實驗的目的是確認系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的可靠性。通常這種試驗是十分昂貴的，只有非常重要的部件才做全尺寸試驗。322磨屑和表面的檢測和評定磨屑的檢測磨屑的形狀、大小及數(shù)量，磨屑的成分和組織，都可以作為推斷曾經(jīng)發(fā)生過的磨損過程和判斷磨損嚴重程度的依據(jù)。磨屑是磨損機理的重要判據(jù)之一。一般金屬摩擦副在磨合階段從表面上脫落下來的磨屑，通常，其組分為氧化物，大小

51、和表面微凸體相近。說明在磨合階段，較高的微凸體頂端被迅速碾平，使承載面積增大。同時表面材料在磨合過程中被加工硬化，使磨損轉(zhuǎn)入平緩的穩(wěn)態(tài)階段。摩擦過程中常隨著載荷和速度的變化以及溫升的影響，磨損機理發(fā)生轉(zhuǎn)化。從各階段的磨屑組分（如Fe屑、Fe2O3或Fe3O4屑）就可以證明這種轉(zhuǎn)化過程。磨屑的形狀也是判斷磨損機理的證據(jù)之一。如粘著磨損的開始階段，磨屑為半球形。薄片形磨屑證明了蘇的脫層理論。在滾動摩擦中，如球狀磨屑增多則預示著將出現(xiàn)災難性失效。細絲狀的磨屑（猶如切削過程中形成的切屑），這種磨屑一般是由磨料磨損的微切削過程產(chǎn)生的。但是，不能憑磨屑這個單一的特征來確證磨損機理。因為磨損機理還與材料配對

52、、潤滑狀況、環(huán)境條件等因素有關(guān)。磨屑的檢測工具，常用的有光學顯微鏡，掃描電子顯微鏡（SEM），透射電鏡（TEM）等，可檢測其形狀和尺寸。對油樣的光譜分析可檢測潤滑油中磨屑的數(shù)量和組分。X射線熒光分析（RFA）,發(fā)射光譜分析（ES）,X射線衍射技術(shù)等可用于檢測少量磨屑的金屬元素含量。用放射性同位素示蹤技術(shù)檢測磨損量的精度極高。并可做到不停機條件下隨時提供磨損發(fā)展的信息。使用鐵譜技術(shù)（ferrography），將摩擦副中的磨屑從潤滑油中分離出來，在鐵譜儀（見圖3.18）上通過一個梯度磁場的作用，按粒度大小依次沉淀在玻璃基片（譜片）上（磁場大的地方吸住的磨屑粒度大）。沉積了磨屑微粒的譜片，用顯微鏡進

53、行觀測和分析。譜片上沉積的微粒包括鋼鐵、有色金屬、氧化鐵（氧化物）、油中變質(zhì)的物質(zhì)、聚合物微粒以及各種污染微粒。依靠其各自的特征可以識別。表3.7中列出了各種磨屑的識別。表面的檢測磨損前后的表面狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、化學組成與原子狀態(tài)都發(fā)生了很多變化。從其變化中可以找出摩擦過程中發(fā)生了些什么。所以檢測表面是摩擦學研究的重要內(nèi)容。a.表面幾何形貌及粗糙度的檢測各種表面形貌儀，包括觸針式測量儀，電子探針，接觸式表面輪廓儀（含模擬計算和數(shù)字計算），超精表面形貌儀等等。b.表面分析技術(shù)，利用各種表面分析儀器進行觀測。表面分析儀器可分兩大類：表3.7磨屑形貌的識別磨屑來源形狀尺寸和大小磨損情況的判斷鋼鐵磨損的磨屑長15呵，厚（0.151）gm,長厚比（103）:1，薄片狀連續(xù)不斷的正常磨損鋼鐵的切削磨屑呈切削狀（螺旋、圓圈或曲線）大磨粒長（25100）gm，寬（25）gm小磨粒長（10）gm，寬1gm硬表面的銳邊、凸起切削軟表面；油中磨料嵌入軟表面，切削硬表面滾動軸承疲勞磨損