第07章金屬磨損和接觸疲勞-材料力學(xué)性能

1、1第七章金屬磨損和接觸疲勞第七章金屬磨損和接觸疲勞 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的機(jī)器零件總要相互運(yùn)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的機(jī)器零件總要相互運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生滑動(dòng)、滾動(dòng)、滾動(dòng)滑動(dòng)，都會(huì)產(chǎn)生摩擦，動(dòng)，產(chǎn)生滑動(dòng)、滾動(dòng)、滾動(dòng)滑動(dòng)，都會(huì)產(chǎn)生摩擦，引起磨損。如：軸與軸承、活塞環(huán)與氣缸、十字頭引起磨損。如：軸與軸承、活塞環(huán)與氣缸、十字頭與滑塊、齒輪與齒輪之間與滑塊、齒輪與齒輪之間經(jīng)常因磨損和接觸疲勞，經(jīng)常因磨損和接觸疲勞，造成尺寸變化，表層剝落，造成失效造成尺寸變化，表層剝落，造成失效。 有摩擦必將產(chǎn)生磨損，磨損是摩擦的必然結(jié)果。有摩擦必將產(chǎn)生磨損，磨損是摩擦的必然結(jié)果。2 磨損是降低機(jī)器和工具效率、精確度甚至使其磨損是降

2、低機(jī)器和工具效率、精確度甚至使其報(bào)廢的重要原因，也是造成金屬材料損耗和能源消報(bào)廢的重要原因，也是造成金屬材料損耗和能源消耗的重要原因耗的重要原因。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界能源的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界能源的1312消耗于摩擦，大約消耗于摩擦，大約80的機(jī)件失效是磨損的機(jī)件失效是磨損引起的。汽車(chē)傳動(dòng)件的磨損和接觸疲勞是汽車(chē)報(bào)廢引起的。汽車(chē)傳動(dòng)件的磨損和接觸疲勞是汽車(chē)報(bào)廢的主要原因，所以，耐磨成了汽車(chē)檔次的一個(gè)重要的主要原因，所以，耐磨成了汽車(chē)檔次的一個(gè)重要指標(biāo)。指標(biāo)。 研究磨損規(guī)律，提高機(jī)件耐磨性，對(duì)節(jié)約能源，研究磨損規(guī)律，提高機(jī)件耐磨性，對(duì)節(jié)約能源，減少材料消耗，延長(zhǎng)機(jī)件壽命具有重要意義。減少材料消耗，

3、延長(zhǎng)機(jī)件壽命具有重要意義。37-17-1磨損概念磨損概念 一、摩擦與磨損現(xiàn)象一、摩擦與磨損現(xiàn)象 1、金屬表面形貌和性質(zhì)金屬表面形貌和性質(zhì) 金屬表面形貌金屬表面形貌 金屬表面無(wú)論經(jīng)過(guò)何種精密加工，表面總不會(huì)金屬表面無(wú)論經(jīng)過(guò)何種精密加工，表面總不會(huì)是完全平滑的。是完全平滑的。 表面由波峰和波谷組成，峰骨起伏程度越大，表面由波峰和波谷組成，峰骨起伏程度越大，表面越粗糙。表面越粗糙。 對(duì)磨損來(lái)說(shuō)，除峰高和谷深對(duì)磨損有影響外，對(duì)磨損來(lái)說(shuō)，除峰高和谷深對(duì)磨損有影響外，峰頂?shù)那拾霃?、坡度以及谷的形狀也有很重要的峰頂?shù)那拾霃健⑵露纫约肮鹊男螤钜灿泻苤匾挠绊憽Ｈ鐖D所示影響。如圖所示4 金屬表面的結(jié)構(gòu)和組織

4、金屬表面的結(jié)構(gòu)和組織 金屬表面因加工過(guò)程和處于其中的介質(zhì)不同，使金屬表面因加工過(guò)程和處于其中的介質(zhì)不同，使金屬表面有不同的結(jié)構(gòu)和組織。如圖所示金屬表面有不同的結(jié)構(gòu)和組織。如圖所示 在最表面因環(huán)境中的油污、灰塵等形成的在最表面因環(huán)境中的油污、灰塵等形成的污染膜污染膜，厚度可達(dá)幾百埃；厚度可達(dá)幾百埃； 因加工過(guò)程中的熱量和塑性變形產(chǎn)生的因加工過(guò)程中的熱量和塑性變形產(chǎn)生的加工變質(zhì)加工變質(zhì)層（又稱(chēng)畢氏層）。層（又稱(chēng)畢氏層）。磨削量越大，冷卻條件越差，則磨削量越大，冷卻條件越差，則此層越厚，精磨達(dá)此層越厚，精磨達(dá)0.055m，粗車(chē)可達(dá)，粗車(chē)可達(dá)10m； 由于與空氣中氧作用生成由于與空氣中氧作用生成金屬氧

5、化膜金屬氧化膜，其厚度可，其厚度可達(dá)達(dá)100200埃；埃；5 由于表面的原子與金屬基體內(nèi)部的原子所處環(huán)境由于表面的原子與金屬基體內(nèi)部的原子所處環(huán)境不同，具有較高的能量。因此，對(duì)周?chē)橘|(zhì)中存在的不同，具有較高的能量。因此，對(duì)周?chē)橘|(zhì)中存在的分子有較強(qiáng)的吸引力，通過(guò)物理或化學(xué)的吸附形成氣分子有較強(qiáng)的吸引力，通過(guò)物理或化學(xué)的吸附形成氣體分子或液體體分子或液體分子吸附層分子吸附層。該層厚度可從幾十埃到幾。該層厚度可從幾十埃到幾千埃之間變化；千埃之間變化； 在金屬表面內(nèi)部有在金屬表面內(nèi)部有塑性變形層（塑性變形層（金相觀(guān)察時(shí)，稱(chēng)金相觀(guān)察時(shí)，稱(chēng)擾亂層擾亂層），厚度及變形程度視變形能量不同而變化；），厚度及變

6、形程度視變形能量不同而變化； 金屬表面層還存在著金屬表面層還存在著殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力。 表面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和組織殘余應(yīng)力均對(duì)磨損產(chǎn)生影表面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和組織殘余應(yīng)力均對(duì)磨損產(chǎn)生影響。如氧化膜可減少磨損，殘余應(yīng)力加劇磨損。響。如氧化膜可減少磨損，殘余應(yīng)力加劇磨損。6 2、摩擦摩擦 兩個(gè)相互接觸的物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)相互接觸的物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，接觸表面之間就會(huì)出現(xiàn)一種阻礙運(yùn)動(dòng)或運(yùn)趨勢(shì)時(shí)，接觸表面之間就會(huì)出現(xiàn)一種阻礙運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，這種現(xiàn)象成為動(dòng)趨勢(shì)的力，這種現(xiàn)象成為摩擦摩擦。這種作用在物體。這種作用在物體上并與物體運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力稱(chēng)為上并與物體運(yùn)動(dòng)方向相反的阻力稱(chēng)為摩擦力摩

7、擦力。 最早根據(jù)干摩擦的試驗(yàn)，得到摩擦力最早根據(jù)干摩擦的試驗(yàn)，得到摩擦力F正比于正比于兩物體之間的正壓力（法線(xiàn)方向）兩物體之間的正壓力（法線(xiàn)方向）N的經(jīng)典摩擦定的經(jīng)典摩擦定律，即律，即F=N，式中，式中稱(chēng)為摩擦系數(shù)。稱(chēng)為摩擦系數(shù)。 這個(gè)定律只對(duì)這個(gè)定律只對(duì)低速度低速度、低載荷低載荷的的干摩擦干摩擦情況是情況是正確的，正確的，然而在許多場(chǎng)合下還是被廣泛應(yīng)用。然而在許多場(chǎng)合下還是被廣泛應(yīng)用。7 摩擦力來(lái)源于兩個(gè)方面摩擦力來(lái)源于兩個(gè)方面： 因微觀(guān)表面凸凹不平，實(shí)際接觸面積極少因微觀(guān)表面凸凹不平，實(shí)際接觸面積極少(大大致在致在1/100001/10的范圍內(nèi)變化的范圍內(nèi)變化)，這部分的接觸應(yīng)，這部分的接

8、觸應(yīng)力很大，造成塑性變形而引起表面膜（潤(rùn)滑油膜和力很大，造成塑性變形而引起表面膜（潤(rùn)滑油膜和氧化膜等）的破裂，促使兩種金屬原子結(jié)合（氧化膜等）的破裂，促使兩種金屬原子結(jié)合（冷冷焊焊）；）； 由于微觀(guān)表面凸凹不平，導(dǎo)致一部分阻止另一由于微觀(guān)表面凸凹不平，導(dǎo)致一部分阻止另一部分運(yùn)動(dòng)（部分運(yùn)動(dòng)（機(jī)械阻力機(jī)械阻力） 。 要使物體繼續(xù)移動(dòng)，就必須克服這兩部分阻力。要使物體繼續(xù)移動(dòng)，就必須克服這兩部分阻力。8 用來(lái)克服摩擦力所做的功一般都是用來(lái)克服摩擦力所做的功一般都是無(wú)用功無(wú)用功，在，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中常機(jī)械運(yùn)動(dòng)中常以熱的形式散發(fā)出去以熱的形式散發(fā)出去，使機(jī)械效率降，使機(jī)械效率降低。減小摩擦偶件的摩擦系數(shù)，可

9、以降低摩擦力，低。減小摩擦偶件的摩擦系數(shù)，可以降低摩擦力，即可以保證機(jī)械效率，又可以減少機(jī)件磨損。即可以保證機(jī)械效率，又可以減少機(jī)件磨損。 而要求增加摩擦力的情況也很多，在而要求增加摩擦力的情況也很多，在某些情況某些情況下卻要求盡可能增大摩擦力下卻要求盡可能增大摩擦力，如車(chē)輛的制動(dòng)器、摩，如車(chē)輛的制動(dòng)器、摩擦離合器等。擦離合器等。 9 潤(rùn)潤(rùn) 滑滑 摩擦吸收了機(jī)器中的大量功，這部分功大多在摩擦吸收了機(jī)器中的大量功，這部分功大多在滑動(dòng)表面上轉(zhuǎn)化為熱，它可以損傷甚至熔化軸承，滑動(dòng)表面上轉(zhuǎn)化為熱，它可以損傷甚至熔化軸承，為使摩擦力最小，需使接觸表面盡可能容易地滑動(dòng)。為使摩擦力最小，需使接觸表面盡可能容

10、易地滑動(dòng)。要做到這點(diǎn)，一要做到這點(diǎn)，一種顯而易見(jiàn)的辦法是在接觸部分涂種顯而易見(jiàn)的辦法是在接觸部分涂抹上一層物質(zhì)，它即能承受軸承的表面壓力，以抹上一層物質(zhì)，它即能承受軸承的表面壓力，以防防止原子止原子- -原子間的接觸原子間的接觸，又應(yīng)該容易切過(guò)自身，從，又應(yīng)該容易切過(guò)自身，從而減小摩擦阻力而減小摩擦阻力。 10 3、磨損磨損 定義定義：機(jī)件表面接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面機(jī)件表面接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸有微小顆粒分離出來(lái)形成磨屑逐漸有微小顆粒分離出來(lái)形成磨屑（松散的尺寸與（松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑），形狀均不相同的碎屑），使表面材料逐漸損失使表面材料逐漸損失（導(dǎo)（導(dǎo)致機(jī)件尺寸變化、重量損

11、失）、致機(jī)件尺寸變化、重量損失）、造成表面損傷的現(xiàn)造成表面損傷的現(xiàn)象，稱(chēng)為象，稱(chēng)為磨損磨損。 摩擦和磨損是物體相互接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)伴摩擦和磨損是物體相互接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)伴生的兩種現(xiàn)象，生的兩種現(xiàn)象，摩擦是磨損的原因，磨損是摩擦的摩擦是磨損的原因，磨損是摩擦的必然結(jié)果。必然結(jié)果。11 磨損是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程磨損是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程：磨屑的形成是金屬：磨屑的形成是金屬表面變形和斷裂過(guò)程。金屬磨損是發(fā)生在兩相對(duì)運(yùn)表面變形和斷裂過(guò)程。金屬磨損是發(fā)生在兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面之間的一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。動(dòng)的表面之間的一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。 當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體在壓力作用下，金屬當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體在壓力作用下，金屬表

12、面發(fā)生彈性變形及塑性流動(dòng)時(shí)，使表面膜破壞，表面發(fā)生彈性變形及塑性流動(dòng)時(shí)，使表面膜破壞，暴露出未經(jīng)任何氧化及被油污染的金屬。這部分原暴露出未經(jīng)任何氧化及被油污染的金屬。這部分原子之間的活性特別強(qiáng)，很容易粘合（子之間的活性特別強(qiáng)，很容易粘合（冷焊冷焊）在一起。）在一起。 在切向力的作用下會(huì)在切向力的作用下會(huì)剪斷剪斷，并粘附在其中一，并粘附在其中一個(gè)表面上，而個(gè)表面上，而去磨另一表面去磨另一表面。12 如果如果粘附現(xiàn)象發(fā)展的很?chē)?yán)重粘附現(xiàn)象發(fā)展的很?chē)?yán)重，驅(qū)動(dòng)力無(wú)法將，驅(qū)動(dòng)力無(wú)法將其克服，就會(huì)發(fā)生其克服，就會(huì)發(fā)生咬合咬合現(xiàn)象現(xiàn)象(如生產(chǎn)中的抱軸如生產(chǎn)中的抱軸)。 當(dāng)當(dāng)速度或載荷高時(shí)速度或載荷高時(shí)，摩擦，

13、摩擦表面溫度會(huì)升高表面溫度會(huì)升高，使使表面層發(fā)生回火，甚至二次淬火表面層發(fā)生回火，甚至二次淬火。同時(shí)周?chē)橘|(zhì)。同時(shí)周?chē)橘|(zhì)中的中的氧氧和和氮氮以及潤(rùn)滑油中的以及潤(rùn)滑油中的碳碳會(huì)會(huì)向金屬內(nèi)擴(kuò)散向金屬內(nèi)擴(kuò)散，形形成固溶體或化合物成固溶體或化合物，并使其變脆而脫落，脫落的顆，并使其變脆而脫落，脫落的顆粒成為磨粒又可能去磨損摩擦表面。粒成為磨粒又可能去磨損摩擦表面。 所以磨損的過(guò)程所以磨損的過(guò)程不是簡(jiǎn)單的力學(xué)過(guò)程，而是物不是簡(jiǎn)單的力學(xué)過(guò)程，而是物理的、力學(xué)的和化學(xué)過(guò)程極為復(fù)雜的綜合，理的、力學(xué)的和化學(xué)過(guò)程極為復(fù)雜的綜合，是極為是極為錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程。錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程。13 影響磨損的因素：影響磨損的因素：

14、 摩擦副材料、潤(rùn)滑條件、加載方式和大小、相對(duì)摩擦副材料、潤(rùn)滑條件、加載方式和大小、相對(duì)運(yùn)動(dòng)性（方式和速度）以及工作溫度。（運(yùn)動(dòng)性（方式和速度）以及工作溫度。（如圖所示如圖所示） 磨損過(guò)程磨損過(guò)程 機(jī)件正常運(yùn)行的磨損過(guò)程一般分為三個(gè)過(guò)程。機(jī)件正常運(yùn)行的磨損過(guò)程一般分為三個(gè)過(guò)程。如如圖所示圖所示 跑合階段跑合階段（磨合階段）：磨損速率逐漸減少。（磨合階段）：磨損速率逐漸減少。 穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段：磨損速率恒定；大多數(shù)機(jī)械零件：磨損速率恒定；大多數(shù)機(jī)械零件均在此階段服役。均在此階段服役。 劇烈磨損階段劇烈磨損階段：磨損速率急劇增大。：磨損速率急劇增大。14 二、耐磨性二、耐磨性 1、分類(lèi)分類(lèi)：

15、 機(jī)件表面的磨損機(jī)件表面的磨損不是簡(jiǎn)單的力學(xué)過(guò)程，而是物理不是簡(jiǎn)單的力學(xué)過(guò)程，而是物理的、力學(xué)的和化學(xué)過(guò)程極為復(fù)雜的綜合的、力學(xué)的和化學(xué)過(guò)程極為復(fù)雜的綜合。理論上還不。理論上還不成熟，因此，分類(lèi)方法也不統(tǒng)一。成熟，因此，分類(lèi)方法也不統(tǒng)一。 按磨損的破壞機(jī)理按磨損的破壞機(jī)理，磨損可分為：粘著磨損、磨，磨損可分為：粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損（接觸疲勞）、腐蝕磨損。粒磨損、表面疲勞磨損（接觸疲勞）、腐蝕磨損。 按機(jī)件表面磨損狀態(tài)按機(jī)件表面磨損狀態(tài)，磨損可分為：連續(xù)磨損、，磨損可分為：連續(xù)磨損、粘著磨損、疲勞磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨粘著磨損、疲勞磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損、表面塑

16、性流動(dòng)。損、表面塑性流動(dòng)。15 2、耐磨性耐磨性 定義定義：耐磨性是材料抵抗磨損的性能耐磨性是材料抵抗磨損的性能。通常。通常用磨損量來(lái)表示，磨損量越小，耐磨性越高。用磨損量來(lái)表示，磨損量越小，耐磨性越高。 磨損量的表示方法磨損量的表示方法：有線(xiàn)磨損、體積磨損、：有線(xiàn)磨損、體積磨損、質(zhì)量磨損、比磨損量、相對(duì)耐磨性（質(zhì)量磨損、比磨損量、相對(duì)耐磨性（）。）。 材料的材料的耐磨性與摩擦系數(shù)并無(wú)直接關(guān)系耐磨性與摩擦系數(shù)并無(wú)直接關(guān)系，摩擦，摩擦系數(shù)低，并不意味著耐磨性高。系數(shù)低，并不意味著耐磨性高。被測(cè)試樣的磨損量標(biāo)準(zhǔn)試樣的磨損量167-2 7-2 磨損模型磨損模型 一、粘著磨損一、粘著磨損 1、磨損機(jī)理

17、磨損機(jī)理 粘著磨損粘著磨損又稱(chēng)咬合磨損又稱(chēng)咬合磨損，是在滑動(dòng)摩擦條件，是在滑動(dòng)摩擦條件下，當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小（鋼小于下，當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較小（鋼小于1m/s）時(shí)發(fā)生的。時(shí)發(fā)生的。 它是因缺乏潤(rùn)滑油，摩擦副表面無(wú)氧化膜，它是因缺乏潤(rùn)滑油，摩擦副表面無(wú)氧化膜，且單位法向載荷很大，以致且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過(guò)實(shí)際接接觸應(yīng)力超過(guò)實(shí)際接觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種磨損，其表面形貌而產(chǎn)生的一種磨損，其表面形貌如如圖圖7-2所示。所示。17 形成粘著點(diǎn)后的形成粘著點(diǎn)后的分離部位分離部位，可能有二種情況，可能有二種情況如如圖所示圖所示：粘著點(diǎn)粘著點(diǎn)，粘著點(diǎn)兩側(cè)粘著點(diǎn)兩側(cè)（取決

18、于強(qiáng)度），以（取決于強(qiáng)度），以粘著點(diǎn)結(jié)合強(qiáng)度比摩擦偶件的兩基體金屬都弱，則粘著點(diǎn)結(jié)合強(qiáng)度比摩擦偶件的兩基體金屬都弱，則磨損極為輕微。磨損極為輕微。 若剪切應(yīng)力低于粘著點(diǎn)結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，兩摩擦偶若剪切應(yīng)力低于粘著點(diǎn)結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，兩摩擦偶件會(huì)產(chǎn)生件會(huì)產(chǎn)生咬死咬死而不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如：不銹鋼螺栓與而不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如：不銹鋼螺栓與不銹鋼螺母在擰緊過(guò)程中就經(jīng)常發(fā)生這種現(xiàn)象。不銹鋼螺母在擰緊過(guò)程中就經(jīng)常發(fā)生這種現(xiàn)象。 若摩擦偶件只受法向載荷作用，且存在表面薄若摩擦偶件只受法向載荷作用，且存在表面薄膜（如油膜、氧化膜等），則不易產(chǎn)生粘著膜（如油膜、氧化膜等），則不易產(chǎn)生粘著。18 2、磨損量的計(jì)算磨損量的計(jì)算（簡(jiǎn)介

19、）（簡(jiǎn)介） 在摩擦副接觸處為三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，所以接觸壓縮在摩擦副接觸處為三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，所以接觸壓縮強(qiáng)度近似為單向壓縮屈服強(qiáng)度強(qiáng)度近似為單向壓縮屈服強(qiáng)度sc的三倍。的三倍。 如果接觸處因壓應(yīng)力很高，超過(guò)如果接觸處因壓應(yīng)力很高，超過(guò)3sc產(chǎn)生塑性變形，產(chǎn)生塑性變形，隨后因加工硬化而使變形終止。隨后因加工硬化而使變形終止。 設(shè)接觸點(diǎn)真實(shí)面積為設(shè)接觸點(diǎn)真實(shí)面積為A，接觸壓縮屈服強(qiáng)度為，接觸壓縮屈服強(qiáng)度為3sc ，作用于表面上的法向力為作用于表面上的法向力為F，則有：，則有： 假定磨屑為半球形，直徑為假定磨屑為半球形，直徑為d，任一瞬時(shí)有，任一瞬時(shí)有n個(gè)粘著點(diǎn)，個(gè)粘著點(diǎn)，所有粘著點(diǎn)尺寸相同，直徑也

20、是所有粘著點(diǎn)尺寸相同，直徑也是d，則，則 所以所以19 再假設(shè)每一粘著點(diǎn)滑過(guò)距離也為再假設(shè)每一粘著點(diǎn)滑過(guò)距離也為d，則單位，則單位滑動(dòng)距離內(nèi)形成的粘著點(diǎn)數(shù)滑動(dòng)距離內(nèi)形成的粘著點(diǎn)數(shù)N為為 假設(shè)磨屑的形成機(jī)率為假設(shè)磨屑的形成機(jī)率為K，則單位滑動(dòng)距離，則單位滑動(dòng)距離內(nèi)的磨損體積為：內(nèi)的磨損體積為： 所以：所以： 積分上式，且強(qiáng)度與硬度之間有一定關(guān)系，積分上式，且強(qiáng)度與硬度之間有一定關(guān)系，則總滑動(dòng)距離內(nèi)的粘著磨損體積為：則總滑動(dòng)距離內(nèi)的粘著磨損體積為：334dFdnNsc20HKFlKFlVtsct9式中式中 lt總滑動(dòng)距離總滑動(dòng)距離 系數(shù)系數(shù) H材料硬度材料硬度 上式表明，上式表明，粘著磨損體積磨損

21、量與法向力、粘著磨損體積磨損量與法向力、滑動(dòng)距離呈正比，與軟方材料的壓縮屈服強(qiáng)度滑動(dòng)距離呈正比，與軟方材料的壓縮屈服強(qiáng)度（或硬度）呈反比，而（或硬度）呈反比，而與表觀(guān)接觸面積無(wú)關(guān)與表觀(guān)接觸面積無(wú)關(guān)。 如果如果壓縮屈服強(qiáng)度（或硬度）較高壓縮屈服強(qiáng)度（或硬度）較高，則因其，則因其難于塑性變形不易粘著轉(zhuǎn)移而使難于塑性變形不易粘著轉(zhuǎn)移而使磨損減小磨損減小。 21 如果壓縮屈服強(qiáng)度（或硬度）一定，材料塑性較好，則如果壓縮屈服強(qiáng)度（或硬度）一定，材料塑性較好，則在相同法向力條件下可以產(chǎn)生較大塑性變形，使真實(shí)接觸面在相同法向力條件下可以產(chǎn)生較大塑性變形，使真實(shí)接觸面積增加，因降低了單位面積上的法向力也可減小

22、磨損量，此積增加，因降低了單位面積上的法向力也可減小磨損量，此即意味著材料的磨損量與塑性呈反比。上式又可改寫(xiě)成：即意味著材料的磨損量與塑性呈反比。上式又可改寫(xiě)成： sctKFlV9式中式中 材料的斷后伸長(zhǎng)率。材料的斷后伸長(zhǎng)率。 sc與與的乘積為材料的韌性?？梢?jiàn)，粘著磨損的體積磨的乘積為材料的韌性?？梢?jiàn)，粘著磨損的體積磨損量隨較軟一方材料的壓縮屈服強(qiáng)度和韌性增加而減小。其損量隨較軟一方材料的壓縮屈服強(qiáng)度和韌性增加而減小。其實(shí)，實(shí)，從粘著磨損機(jī)理來(lái)看，增加硬度能減少磨損從粘著磨損機(jī)理來(lái)看，增加硬度能減少磨損，但在，但在材料材料韌性增加時(shí)，由于延緩斷裂過(guò)程，所以也能使磨損量減少韌性增加時(shí)，由于延緩斷

23、裂過(guò)程，所以也能使磨損量減少。 22 3、影響因素影響因素 材料材料 塑性材料比脆性材料易于粘著。塑性材料比脆性材料易于粘著。 互溶性大的材料組成的摩擦副粘著傾向大?；ト苄源蟮牟牧辖M成的摩擦副粘著傾向大。 單相合金比多相合金粘著傾向大。單相合金比多相合金粘著傾向大。 固溶體比化合物粘著傾向大。固溶體比化合物粘著傾向大。 金屬與金屬組成的摩擦副比金屬與非金屬組金屬與金屬組成的摩擦副比金屬與非金屬組成的摩擦粘著傾向大。成的摩擦粘著傾向大。23 外力外力 摩擦速度一定時(shí)，粘著磨損量隨法向力增大而摩擦速度一定時(shí)，粘著磨損量隨法向力增大而增加。試驗(yàn)結(jié)果表明，增加。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)接觸壓應(yīng)力超過(guò)材料硬度當(dāng)

24、接觸壓應(yīng)力超過(guò)材料硬度H H的的1/31/3時(shí)，粘著磨損量急劇增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生咬時(shí)，粘著磨損量急劇增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生咬死現(xiàn)象死現(xiàn)象。因此，設(shè)計(jì)時(shí)選擇的許用應(yīng)力必須低于材。因此，設(shè)計(jì)時(shí)選擇的許用應(yīng)力必須低于材料硬度值的料硬度值的1/3，以免產(chǎn)生嚴(yán)重的粘著磨損。，以免產(chǎn)生嚴(yán)重的粘著磨損。 滑動(dòng)速度滑動(dòng)速度 隨摩擦速度增大粘著磨損量增加隨摩擦速度增大粘著磨損量增加，但達(dá)到某一，但達(dá)到某一極限值后又隨滑動(dòng)速度增加而減小。極限值后又隨滑動(dòng)速度增加而減小。24 其它其它 表面粗糙度表面粗糙度：降低表面粗糙度將增加抗粘著：降低表面粗糙度將增加抗粘著磨損能力，過(guò)低將導(dǎo)致潤(rùn)滑油難于儲(chǔ)存在摩擦面磨損能力，過(guò)低將

25、導(dǎo)致潤(rùn)滑油難于儲(chǔ)存在摩擦面內(nèi)而促進(jìn)粘著。內(nèi)而促進(jìn)粘著。 表面溫度表面溫度：其影響與滑動(dòng)速度一致。：其影響與滑動(dòng)速度一致。 潤(rùn)滑狀態(tài)潤(rùn)滑狀態(tài)：好的潤(rùn)滑狀態(tài)將顯著降低粘著磨：好的潤(rùn)滑狀態(tài)將顯著降低粘著磨損量。損量。25 4 4、改善粘著磨損耐磨性的措施、改善粘著磨損耐磨性的措施 磨損是造成材料損耗的主要原因，也是機(jī)件三磨損是造成材料損耗的主要原因，也是機(jī)件三種主要失效形式（磨損、腐蝕、斷裂）之一。種主要失效形式（磨損、腐蝕、斷裂）之一。 金屬材料的磨損主要是發(fā)生在表面的變形和斷金屬材料的磨損主要是發(fā)生在表面的變形和斷裂過(guò)程，所以，提高摩擦副表面的強(qiáng)度（或硬度）裂過(guò)程，所以，提高摩擦副表面的強(qiáng)度（或

26、硬度）和韌性，可以提高耐磨性。和韌性，可以提高耐磨性。 對(duì)粘著磨損而言：對(duì)粘著磨損而言： 注意摩擦副配對(duì)材料的選擇注意摩擦副配對(duì)材料的選擇。如，滑動(dòng)軸承。如，滑動(dòng)軸承選用淬火鋼軸與錫基或鋁基軸瓦配對(duì)。選用淬火鋼軸與錫基或鋁基軸瓦配對(duì)。 26 采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài)采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài)。滲硫、滲磷、滲氮等方法，使表面形成一層化合滲硫、滲磷、滲氮等方法，使表面形成一層化合物或非金屬層，避免摩擦副直接接觸，既降低原物或非金屬層，避免摩擦副直接接觸，既降低原子之間的結(jié)合力，又減小摩擦系數(shù)，可防止粘著。子之間的結(jié)合力，又減小摩擦系數(shù)，可防止粘著。 控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓應(yīng)力控

27、制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓應(yīng)力。 改善潤(rùn)滑條件改善潤(rùn)滑條件，提高氧化膜與基體的結(jié)合，提高氧化膜與基體的結(jié)合力，可以阻止金屬之間直接接觸、增強(qiáng)氧化膜的力，可以阻止金屬之間直接接觸、增強(qiáng)氧化膜的穩(wěn)定性。從而提高耐磨性。穩(wěn)定性。從而提高耐磨性。27 二、磨粒磨損二、磨粒磨損 1 1、磨損機(jī)理、磨損機(jī)理 定義定義：當(dāng)摩擦副一方表面堅(jiān)硬的細(xì)微突起，：當(dāng)摩擦副一方表面堅(jiān)硬的細(xì)微突起，或者在接觸面之間存在著堅(jiān)硬粒子時(shí)所產(chǎn)生的一種或者在接觸面之間存在著堅(jiān)硬粒子時(shí)所產(chǎn)生的一種磨損。前者為磨損。前者為兩體磨損兩體磨損，后者為，后者為三體磨損三體磨損。如圖所如圖所示示 分類(lèi)分類(lèi) 按所受應(yīng)力的大小不同，可分為：按所受應(yīng)力

28、的大小不同，可分為： 低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損：低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損：它的特點(diǎn)是磨料作用于它的特點(diǎn)是磨料作用于零件表面的應(yīng)力不超過(guò)磨料的壓潰強(qiáng)度，材料表面零件表面的應(yīng)力不超過(guò)磨料的壓潰強(qiáng)度，材料表面被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁鏵，及煤礦機(jī)械中的刮板被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁鏵，及煤礦機(jī)械中的刮板輸送機(jī)溜槽磨損情況就是屬于這種類(lèi)型。輸送機(jī)溜槽磨損情況就是屬于這種類(lèi)型。 28 高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損：其特點(diǎn)是磨料與零件其特點(diǎn)是磨料與零件表面接觸處的最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強(qiáng)度。表面接觸處的最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強(qiáng)度。生產(chǎn)中球磨機(jī)襯板與磨球，破碎式滾筒的磨損便生產(chǎn)中球磨機(jī)襯板與磨球，破碎式滾筒

29、的磨損便是屬于這種類(lèi)型。是屬于這種類(lèi)型。 鑿削式磨粒磨損鑿削式磨粒磨損：其特點(diǎn)是磨料對(duì)材料表面：其特點(diǎn)是磨料對(duì)材料表面有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機(jī)斗齒及顎式破碎機(jī)的齒板。如挖掘機(jī)斗齒及顎式破碎機(jī)的齒板。 特征特征： 摩擦面上有明顯犁皺形成的溝槽摩擦面上有明顯犁皺形成的溝槽。如圖所示。如圖所示29 磨損機(jī)理與特點(diǎn)磨損機(jī)理與特點(diǎn)： 磨粒與摩擦表面之間的相互作用，與機(jī)械加工中切削磨粒與摩擦表面之間的相互作用，與機(jī)械加工中切削刀具與工件的相互作用類(lèi)似。刀具與工件的相互作用類(lèi)似。 對(duì)于韌性材料對(duì)于韌性材料： 在銳刃的硬粒子作用下在銳刃的

30、硬粒子作用下，每一磨粒從表面切下的是一，每一磨粒從表面切下的是一個(gè)連續(xù)的屑。個(gè)連續(xù)的屑。 在光滑刃或圓刃的硬粒子作用下在光滑刃或圓刃的硬粒子作用下，只能被犁皺，形成，只能被犁皺，形成溝槽。溝槽。 對(duì)于脆性材料對(duì)于脆性材料： 在銳刃的硬粒子作用下在銳刃的硬粒子作用下，一個(gè)磨粒切下的是許多斷屑。，一個(gè)磨粒切下的是許多斷屑。 在光滑刃或圓刃的硬粒子作用下在光滑刃或圓刃的硬粒子作用下，溝槽是由裂紋擴(kuò)展，溝槽是由裂紋擴(kuò)展和表面材料呈碎片脫落而引起的。和表面材料呈碎片脫落而引起的。30 2、磨損量的計(jì)算磨損量的計(jì)算 現(xiàn)以?xún)审w磨粒磨損為例，推導(dǎo)以切削作用為主現(xiàn)以?xún)审w磨粒磨損為例，推導(dǎo)以切削作用為主要磨粒磨損

31、量計(jì)算式。要磨粒磨損量計(jì)算式。 根據(jù)模型（根據(jù)模型（如圖所示如圖所示） ，在法向力，在法向力F作用下，作用下，硬材料的凸出部分或磨粒（假定為圓錐體）被壓入硬材料的凸出部分或磨粒（假定為圓錐體）被壓入軟材料中。軟材料中。 當(dāng)作用在一個(gè)凸出部分上的力當(dāng)作用在一個(gè)凸出部分上的力F除以凸出部分除以凸出部分在水平面上投影接觸面積等于軟材料的壓縮屈服強(qiáng)在水平面上投影接觸面積等于軟材料的壓縮屈服強(qiáng)度時(shí)，則凸出部分或磨粒的壓入就會(huì)停止下來(lái)：度時(shí)，則凸出部分或磨粒的壓入就會(huì)停止下來(lái)：31 凸出部分或磨粒切削下來(lái)的軟材料體積（圖凸出部分或磨粒切削下來(lái)的軟材料體積（圖中陰影部分），即磨損量中陰影部分），即磨損量V：

32、由上兩式得：由上兩式得： 因金屬材料的屈服強(qiáng)度與硬度成正比，所以因金屬材料的屈服強(qiáng)度與硬度成正比，所以上式又可寫(xiě)成：上式又可寫(xiě)成：HFltgKVscFltgV3 (7-11) (7-12) 32 可見(jiàn)，可見(jiàn)，磨粒磨損量與法向力、摩擦距離呈正比，磨粒磨損量與法向力、摩擦距離呈正比，與材料硬度呈反比，與材料硬度呈反比，同時(shí)同時(shí)還與硬材料凸出部分或磨還與硬材料凸出部分或磨粒的形狀有關(guān)粒的形狀有關(guān)。 實(shí)際上：實(shí)際上： 因磨粒的棱面相對(duì)摩擦表面的取向不同，只因磨粒的棱面相對(duì)摩擦表面的取向不同，只有一部分磨粒才能切削表面產(chǎn)生磨屑；有一部分磨粒才能切削表面產(chǎn)生磨屑； 大部分磨粒嵌入軟材料中，使之產(chǎn)生塑性變形

33、，大部分磨粒嵌入軟材料中，使之產(chǎn)生塑性變形，造成擦傷或形成溝槽。造成擦傷或形成溝槽。 堆積在溝槽兩側(cè)的材料，只有在隨后的運(yùn)動(dòng)堆積在溝槽兩側(cè)的材料，只有在隨后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有一部分能形成磨屑。過(guò)程中有一部分能形成磨屑。 33 3 3、影響因素、影響因素 材料硬度材料硬度：硬度越高，抵抗磨粒磨損的能力：硬度越高，抵抗磨粒磨損的能力越好。越好。 相同硬度時(shí)，鋼中含碳量越高，碳化物形成元相同硬度時(shí)，鋼中含碳量越高，碳化物形成元素越多，則耐磨性越好。素越多，則耐磨性越好。如圖所示如圖所示 (2) 斷裂韌度的影響，斷裂韌度的影響，如圖所示如圖所示 (3)顯維組織顯維組織：MF；相同硬度時(shí)，；相同硬度時(shí)，B下

34、下M回回；細(xì)化晶粒由于能提高屈服強(qiáng)度、硬度及靜載塑性，細(xì)化晶粒由于能提高屈服強(qiáng)度、硬度及靜載塑性，所以也提高耐磨性；所以也提高耐磨性； 碳化物：軟基體中分布時(shí)，提高耐磨性；硬基碳化物：軟基體中分布時(shí)，提高耐磨性；硬基體中分布時(shí)，降低耐磨性。體中分布時(shí)，降低耐磨性。34 (4) 加工硬化加工硬化對(duì)金屬材料抗磨粒磨損的影響，對(duì)金屬材料抗磨粒磨損的影響，因磨損類(lèi)型不同而有不同：因磨損類(lèi)型不同而有不同： 在在低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損時(shí)，加工硬化對(duì)材料時(shí)，加工硬化對(duì)材料的耐磨性沒(méi)有影響；的耐磨性沒(méi)有影響； 在在高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損時(shí)，加工硬化能顯著時(shí)，加工硬化能顯著提

35、高耐磨性。提高耐磨性。 (5)在在磨粒硬度低于金屬硬度磨粒硬度低于金屬硬度的的軟磨粒磨損情況軟磨粒磨損情況下，磨損機(jī)理將會(huì)變化下，磨損機(jī)理將會(huì)變化，所以耐磨性的影響因素也，所以耐磨性的影響因素也會(huì)發(fā)生變化。會(huì)發(fā)生變化。如圖所示如圖所示 磨粒磨損也有有利的一面磨粒磨損也有有利的一面，如：拋光、挫削、，如：拋光、挫削、砂輪磨削、砂輪切割等。砂輪磨削、砂輪切割等。35 4 4、改善磨粒磨損耐磨性的措施、改善磨粒磨損耐磨性的措施 對(duì)于以切削作用為主要機(jī)理的磨粒磨損應(yīng)增對(duì)于以切削作用為主要機(jī)理的磨粒磨損應(yīng)增加材料硬度加材料硬度。這是提高耐磨性的最有效的措施。這是提高耐磨性的最有效的措施。 例如選用含碳較

36、高的鋼并獲得馬氏體組織；如例如選用含碳較高的鋼并獲得馬氏體組織；如果磨粒磨損機(jī)理是塑性變形，或塑性變形后疲勞破果磨粒磨損機(jī)理是塑性變形，或塑性變形后疲勞破壞（低周疲勞）、脆性斷裂，則提高材料韌性對(duì)改壞（低周疲勞）、脆性斷裂，則提高材料韌性對(duì)改善耐磨性有益。此時(shí)用等溫淬火獲得下貝氏體（良善耐磨性有益。此時(shí)用等溫淬火獲得下貝氏體（良好的硬度和韌性），消除基體初生碳化物，并使二好的硬度和韌性），消除基體初生碳化物，并使二次碳化物均勻彌散分布以及含有適量殘余奧氏體等次碳化物均勻彌散分布以及含有適量殘余奧氏體等都能改善抗磨粒磨損能力。都能改善抗磨粒磨損能力。 36 根據(jù)機(jī)件服役條件，合理選擇耐磨材料根據(jù)

37、機(jī)件服役條件，合理選擇耐磨材料。 在在高應(yīng)力沖擊載荷高應(yīng)力沖擊載荷下（顎式破碎機(jī)齒板粉碎難破下（顎式破碎機(jī)齒板粉碎難破碎礦石時(shí)），要選用碎礦石時(shí)），要選用高錳鋼高錳鋼，利用高韌性和高的硬化能，利用高韌性和高的硬化能力，可得到高耐磨性。力，可得到高耐磨性。 在在滑動(dòng)接觸式連續(xù)性重載滑動(dòng)接觸式連續(xù)性重載下（挖掘機(jī)刀頭），則下（挖掘機(jī)刀頭），則應(yīng)選用應(yīng)選用硬質(zhì)合金、高鉻白口鑄鐵硬質(zhì)合金、高鉻白口鑄鐵，或經(jīng)過(guò)二次硬化處理，或經(jīng)過(guò)二次硬化處理的基體鋼。的基體鋼。 在在沖擊載荷不大的低應(yīng)力磨損場(chǎng)合沖擊載荷不大的低應(yīng)力磨損場(chǎng)合（車(chē)床主軸軸（車(chē)床主軸軸頭、水泥球磨機(jī)襯板、拖拉機(jī)履帶板等）用頭、水泥球磨機(jī)襯板、

38、拖拉機(jī)履帶板等）用中碳低合金中碳低合金鋼并經(jīng)淬火回火處理鋼并經(jīng)淬火回火處理，可得到適中的耐磨粒磨損性能。，可得到適中的耐磨粒磨損性能。37 用滲碳、碳氮共滲等化學(xué)熱處理用滲碳、碳氮共滲等化學(xué)熱處理提高表面提高表面硬度硬度也能有效提高耐磨粒磨損性能。也能有效提高耐磨粒磨損性能。 防塵防塵、清洗清洗均對(duì)減輕磨粒磨損有效。經(jīng)常均對(duì)減輕磨粒磨損有效。經(jīng)常注意機(jī)件防塵和清洗，防止大于注意機(jī)件防塵和清洗，防止大于1微米磨粒進(jìn)入微米磨粒進(jìn)入接觸面，也是有效措施。接觸面，也是有效措施。38 三、腐蝕磨損三、腐蝕磨損 在摩擦過(guò)程中，摩擦副之間或摩擦副表面與環(huán)在摩擦過(guò)程中，摩擦副之間或摩擦副表面與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)

39、或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物的形成與脫落引起產(chǎn)物的形成與脫落引起腐蝕磨損腐蝕磨損。 腐蝕磨損因常與摩擦面之間的機(jī)械磨損（粘著腐蝕磨損因常與摩擦面之間的機(jī)械磨損（粘著磨損或磨粒磨損）共存，故又稱(chēng)磨損或磨粒磨損）共存，故又稱(chēng)腐蝕機(jī)械磨損腐蝕機(jī)械磨損。 分類(lèi)分類(lèi)： 氧化磨損氧化磨損、微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損、沖蝕磨損沖蝕磨損（又稱(chēng)氣蝕）、（又稱(chēng)氣蝕）、特殊介質(zhì)腐蝕磨損特殊介質(zhì)腐蝕磨損（常見(jiàn)于化工機(jī)械，一般機(jī)械中（常見(jiàn)于化工機(jī)械，一般機(jī)械中比較少見(jiàn)）。比較少見(jiàn)）。39 （一）氧化磨損（一）氧化磨損 1、氧化膜的形成過(guò)程氧化膜的形成過(guò)程：大氣中的機(jī)件表面總有：大

40、氣中的機(jī)件表面總有一層一層氧的氧的吸附層吸附層，當(dāng)摩擦副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面，當(dāng)摩擦副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，在凸起部位單位壓力很大，導(dǎo)致產(chǎn)生塑性凹凸不平，在凸起部位單位壓力很大，導(dǎo)致產(chǎn)生塑性變形。變形。塑性變形塑性變形加速了加速了氧向金屬內(nèi)部擴(kuò)散氧向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，從而形成，從而形成了氧化膜。了氧化膜。 2、氧化腐蝕過(guò)程氧化腐蝕過(guò)程：由于形成的：由于形成的氧化膜強(qiáng)度低氧化膜強(qiáng)度低、在摩擦副繼續(xù)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氧化膜在摩擦副繼續(xù)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氧化膜被摩擦副一方的被摩擦副一方的凸起所剝落凸起所剝落，裸露出新表面，從而又發(fā)生氧化，隨著，裸露出新表面，從而又發(fā)生氧化，隨著又再被磨去。又再被磨去

41、。 如此，氧化膜形成又除去，機(jī)件表面逐漸被磨損。如此，氧化膜形成又除去，機(jī)件表面逐漸被磨損。40 3、宏觀(guān)特征宏觀(guān)特征：在摩擦表面上沿滑動(dòng)方向呈勻：在摩擦表面上沿滑動(dòng)方向呈勻細(xì)磨痕，其磨損產(chǎn)生為紅褐色三氧化二鐵（細(xì)磨痕，其磨損產(chǎn)生為紅褐色三氧化二鐵（Fe2O3）或黑色四氧化三鐵或黑色四氧化三鐵Fe3O4。 是最廣泛的一種磨損，其是最廣泛的一種磨損，其磨損速率最小磨損速率最小，僅為，僅為0.10.5m/h，屬于正常磨損。，屬于正常磨損。 氧化磨損不一定有害氧化磨損不一定有害，如果氧化磨損先于其它，如果氧化磨損先于其它類(lèi)型磨損產(chǎn)生和發(fā)展，則氧化磨損是有利的。類(lèi)型磨損產(chǎn)生和發(fā)展，則氧化磨損是有利的。

42、 41 4、影響氧化磨損速率或磨損量的因素影響氧化磨損速率或磨損量的因素： (1) 摩擦副表面層對(duì)塑性變形的抗力；摩擦副表面層對(duì)塑性變形的抗力； (2) 氧在金屬中的擴(kuò)散速率；氧在金屬中的擴(kuò)散速率； (3) 氧化膜的性質(zhì)和厚度以及氧化膜與基體結(jié)氧化膜的性質(zhì)和厚度以及氧化膜與基體結(jié)合的牢固程度；合的牢固程度； (4) 摩擦學(xué)參數(shù)，如接觸壓力、滑動(dòng)速度、滑摩擦學(xué)參數(shù)，如接觸壓力、滑動(dòng)速度、滑動(dòng)距離、溫度等。動(dòng)距離、溫度等。42 （二）微動(dòng)磨損（二）微動(dòng)磨損 1、微動(dòng)微動(dòng)：在機(jī)器的嵌合部位和緊配合處，接：在機(jī)器的嵌合部位和緊配合處，接觸表面之間雖然沒(méi)有宏觀(guān)相對(duì)位移，但在外部變動(dòng)觸表面之間雖然沒(méi)有宏觀(guān)

43、相對(duì)位移，但在外部變動(dòng)載荷和振動(dòng)的影響下卻能產(chǎn)生微小滑動(dòng)。這種微小載荷和振動(dòng)的影響下卻能產(chǎn)生微小滑動(dòng)。這種微小滑動(dòng)是小振幅的切向振動(dòng)，稱(chēng)為微動(dòng)。滑動(dòng)是小振幅的切向振動(dòng)，稱(chēng)為微動(dòng)。 2、微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損：接觸表面之間因存在小振幅相：接觸表面之間因存在小振幅相對(duì)振動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損稱(chēng)為微動(dòng)磨損或微對(duì)振動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損稱(chēng)為微動(dòng)磨損或微動(dòng)腐蝕。如圖所示動(dòng)腐蝕。如圖所示43 3、微動(dòng)磨損過(guò)程微動(dòng)磨損過(guò)程：有三個(gè)階段：有三個(gè)階段 第一階段第一階段：產(chǎn)生凸起塑性變形，由此形成表面裂：產(chǎn)生凸起塑性變形，由此形成表面裂紋和擴(kuò)展，或去除表面污物紋和擴(kuò)展，或去除表面污物形成粘著和粘著點(diǎn)斷裂形成粘著和粘

44、著點(diǎn)斷裂； 第二階段第二階段：通過(guò)疲勞破壞或粘著點(diǎn)斷裂形成磨屑，：通過(guò)疲勞破壞或粘著點(diǎn)斷裂形成磨屑，磨屑形成后隨即氧化磨屑形成后隨即氧化； 第三階段第三階段：磨粒磨損階段磨粒磨損階段，磨粒磨損又反過(guò)來(lái)加，磨粒磨損又反過(guò)來(lái)加速第一階段，如此循環(huán)不已則構(gòu)成了微動(dòng)磨損。速第一階段，如此循環(huán)不已則構(gòu)成了微動(dòng)磨損。 因微動(dòng)磨損集中在局部地區(qū)，又因兩摩擦表面永因微動(dòng)磨損集中在局部地區(qū)，又因兩摩擦表面永不脫離接觸，磨損產(chǎn)物不易向外排出，故不脫離接觸，磨損產(chǎn)物不易向外排出，故兼有氧化磨兼有氧化磨損、磨粒磨損、粘著磨損損、磨粒磨損、粘著磨損的作用。的作用。44 4、特征特征： 接觸區(qū)存在紅色接觸區(qū)存在紅色FeF

45、e2 2O O3 3粉末，鋁件的磨損產(chǎn)物為粉末，鋁件的磨損產(chǎn)物為黑色。黑色。 5、影響因素影響因素:震動(dòng)時(shí)間、次數(shù)；振幅、震動(dòng)頻震動(dòng)時(shí)間、次數(shù)；振幅、震動(dòng)頻率；載荷；氮等不活潑氣體比空氣濕度大的氣體環(huán)率；載荷；氮等不活潑氣體比空氣濕度大的氣體環(huán)境磨損量小。境磨損量小。 在微動(dòng)磨損的產(chǎn)生處往往形成在微動(dòng)磨損的產(chǎn)生處往往形成蝕坑蝕坑（所以微動(dòng)（所以微動(dòng)磨損又稱(chēng)為咬蝕），其結(jié)果不僅使部件精度、性能磨損又稱(chēng)為咬蝕），其結(jié)果不僅使部件精度、性能下降，更嚴(yán)重的是引起應(yīng)力集中，下降，更嚴(yán)重的是引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致疲勞破壞導(dǎo)致疲勞破壞。 生產(chǎn)中的實(shí)例生產(chǎn)中的實(shí)例：鍵槽處、蒸汽錘的錘桿與錘頭：鍵槽處、蒸汽錘的錘桿

46、與錘頭結(jié)合處、搭接接頭處、發(fā)動(dòng)機(jī)固定件及離合器等。結(jié)合處、搭接接頭處、發(fā)動(dòng)機(jī)固定件及離合器等。45 （三）沖蝕磨損（三）沖蝕磨損 1、定義定義： 液體或固體以松散的小顆粒按一定的速度和角液體或固體以松散的小顆粒按一定的速度和角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損稱(chēng)為沖蝕磨損。度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損稱(chēng)為沖蝕磨損。 一般情況下，松散尺寸小于一般情況下，松散尺寸小于100m，沖擊速度，沖擊速度小于小于550m/s。 2、分類(lèi)分類(lèi)： 按照攜帶粒子的介質(zhì)不同，沖蝕磨損可分為：按照攜帶粒子的介質(zhì)不同，沖蝕磨損可分為：氣固氣固沖蝕磨損、沖蝕磨損、流體流體沖蝕磨損、沖蝕磨損、液滴液滴沖蝕磨損和沖蝕磨損和

47、氣氣蝕蝕磨損（磨損（如表所示如表所示）。氣固沖蝕磨損又稱(chēng)噴砂型沖）。氣固沖蝕磨損又稱(chēng)噴砂型沖蝕磨損，是最常見(jiàn)的沖蝕磨損。蝕磨損，是最常見(jiàn)的沖蝕磨損。46 3、磨損機(jī)理磨損機(jī)理 表面材料流失主要是機(jī)械力引起的。在高速粒表面材料流失主要是機(jī)械力引起的。在高速粒子不斷沖擊下，塑性材料表面逐漸出現(xiàn)短程溝槽和子不斷沖擊下，塑性材料表面逐漸出現(xiàn)短程溝槽和魚(yú)鱗狀小凹坑（沖蝕坑），且變形層有微小裂紋。魚(yú)鱗狀小凹坑（沖蝕坑），且變形層有微小裂紋。 塑性材料塑性材料表面沖蝕坑是在短程微切削和塑性變表面沖蝕坑是在短程微切削和塑性變形作用下形成的。在粒子反復(fù)沖擊、材料反復(fù)塑性形作用下形成的。在粒子反復(fù)沖擊、材料反復(fù)塑

48、性變形下形成磨屑，材料流失。變形下形成磨屑，材料流失。 脆性材料脆性材料（陶瓷、玻璃等）沖蝕磨損是裂紋形（陶瓷、玻璃等）沖蝕磨損是裂紋形成與快速擴(kuò)展的過(guò)程。成與快速擴(kuò)展的過(guò)程。47 4、影響因素影響因素 主要有主要有環(huán)境因素環(huán)境因素：如沖擊角、粒子速度及濃：如沖擊角、粒子速度及濃度、沖擊時(shí)間、溫度及介質(zhì)；度、沖擊時(shí)間、溫度及介質(zhì)；粒子性能粒子性能：如粒度、：如粒度、形狀、硬度、密度、可碎性等；形狀、硬度、密度、可碎性等；材料性能材料性能：如硬：如硬度、強(qiáng)度、韌性和物理性能。度、強(qiáng)度、韌性和物理性能。 5、措施措施 減小入射粒子和介質(zhì)的速度；減小入射粒子和介質(zhì)的速度；改變沖擊角改變沖擊角減輕沖蝕

49、，塑性材料盡量避免在減輕沖蝕，塑性材料盡量避免在2030之間服之間服役，脆性材料則應(yīng)避免粒子垂直入射；役，脆性材料則應(yīng)避免粒子垂直入射；合理利用合理利用粒子濃度和粒度；粒子濃度和粒度；合理設(shè)計(jì)機(jī)件形狀；合理設(shè)計(jì)機(jī)件形狀；選用耐選用耐沖蝕的材料及表面處理方法。沖蝕的材料及表面處理方法。487-3 7-3 磨損試驗(yàn)方法磨損試驗(yàn)方法 一、試驗(yàn)方法的分類(lèi)：一、試驗(yàn)方法的分類(lèi)： 實(shí)物試驗(yàn)實(shí)物試驗(yàn)：即以實(shí)物零件在機(jī)器實(shí)際工作條件：即以實(shí)物零件在機(jī)器實(shí)際工作條件下進(jìn)行試驗(yàn)，或者用實(shí)物零件在模擬機(jī)械使用條件下進(jìn)行試驗(yàn)，或者用實(shí)物零件在模擬機(jī)械使用條件的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)。的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)。 與實(shí)際情況一致或接

50、近一致，試驗(yàn)結(jié)果的可靠與實(shí)際情況一致或接近一致，試驗(yàn)結(jié)果的可靠性高；但所需時(shí)間長(zhǎng)，外界因素的影響難于掌握和性高；但所需時(shí)間長(zhǎng)，外界因素的影響難于掌握和分析。分析。49 試驗(yàn)室試驗(yàn)試驗(yàn)室試驗(yàn)：即將欲試材料制成規(guī)定試樣，：即將欲試材料制成規(guī)定試樣，在規(guī)定的試驗(yàn)條件下在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行在規(guī)定的試驗(yàn)條件下在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)。 試驗(yàn)時(shí)間短、成本低、易于控制各種因素的試驗(yàn)時(shí)間短、成本低、易于控制各種因素的影響；但試驗(yàn)結(jié)果不能直接表明實(shí)際情況。影響；但試驗(yàn)結(jié)果不能直接表明實(shí)際情況。 研究重要機(jī)件的耐磨性時(shí)，往往兼用兩種方研究重要機(jī)件的耐磨性時(shí)，往往兼用兩種方法。法。50 二、試驗(yàn)原理二

51、、試驗(yàn)原理 1、類(lèi)別類(lèi)別：試驗(yàn)室試驗(yàn)所用磨損試驗(yàn)機(jī)的原理：試驗(yàn)室試驗(yàn)所用磨損試驗(yàn)機(jī)的原理有：銷(xiāo)盤(pán)式、銷(xiāo)筒式、往復(fù)運(yùn)動(dòng)式、有：銷(xiāo)盤(pán)式、銷(xiāo)筒式、往復(fù)運(yùn)動(dòng)式、MM式、砂紙式、砂紙磨損試驗(yàn)、快速磨損試驗(yàn)。磨損試驗(yàn)、快速磨損試驗(yàn)。如圖所示如圖所示 2、選擇選擇：應(yīng)按照：應(yīng)按照 摩擦副運(yùn)動(dòng)方式（往復(fù)、旋轉(zhuǎn)）摩擦副運(yùn)動(dòng)方式（往復(fù)、旋轉(zhuǎn)） 摩擦方式（滾動(dòng)或滑動(dòng)）摩擦方式（滾動(dòng)或滑動(dòng)） 確定試驗(yàn)方法及所用試樣形狀及尺寸確定試驗(yàn)方法及所用試樣形狀及尺寸，并使試，并使試驗(yàn)力、速度、和溫度等因素盡可能接近試驗(yàn)條件。驗(yàn)力、速度、和溫度等因素盡可能接近試驗(yàn)條件。 試樣要求試樣要求：一般至少：一般至少45對(duì)摩擦副（因試驗(yàn)結(jié)

52、對(duì)摩擦副（因試驗(yàn)結(jié)果分散度大），并應(yīng)保證相同的精度及表面粗糙度。果分散度大），并應(yīng)保證相同的精度及表面粗糙度。51 3、磨損量的測(cè)量方法磨損量的測(cè)量方法 稱(chēng)重法稱(chēng)重法 用分析天平用分析天平 測(cè)長(zhǎng)法測(cè)長(zhǎng)法 劃痕法劃痕法：如圖所示如圖所示。用金剛石錐體繞。用金剛石錐體繞x-x軸旋軸旋轉(zhuǎn)，在試樣上劃一小坑，軸距錐尖為轉(zhuǎn)，在試樣上劃一小坑，軸距錐尖為r，劃坑長(zhǎng)為，劃坑長(zhǎng)為L(zhǎng)1，坑深，坑深h1為：為：h1=L12/8r磨后再求磨后再求h2，坑深為：，坑深為：hh1- h2。 壓痕法壓痕法：使用維氏硬度計(jì)壓頭，測(cè)出磨損前后：使用維氏硬度計(jì)壓頭，測(cè)出磨損前后試樣上壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的變化，換算成深度變化試樣上壓

53、痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的變化，換算成深度變化（7倍關(guān)系）。倍關(guān)系）。52 4、對(duì)磨屑分析對(duì)磨屑分析 磨屑與斷口一樣反映斷裂過(guò)程各階段的信息，磨屑與斷口一樣反映斷裂過(guò)程各階段的信息，通過(guò)對(duì)使用過(guò)的潤(rùn)滑劑作污染物分析，是檢測(cè)和評(píng)通過(guò)對(duì)使用過(guò)的潤(rùn)滑劑作污染物分析，是檢測(cè)和評(píng)定材料磨損的良好方法。定材料磨損的良好方法。鐵譜技術(shù)鐵譜技術(shù)。537-4 7-4 金屬接觸疲勞金屬接觸疲勞 一、接觸疲勞現(xiàn)象與接觸應(yīng)力一、接觸疲勞現(xiàn)象與接觸應(yīng)力 （一）接觸疲勞現(xiàn)象（一）接觸疲勞現(xiàn)象 1、定義定義：機(jī)件兩接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩：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，材料表面因擦?xí)r，在交變接觸壓

54、應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，材料表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小片狀金屬剝疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小片狀金屬剝落而使物質(zhì)損傷的現(xiàn)象，又稱(chēng)落而使物質(zhì)損傷的現(xiàn)象，又稱(chēng)表面磨損表面磨損或或疲勞磨損疲勞磨損。 2、宏觀(guān)特征宏觀(guān)特征：在接觸表面上出現(xiàn)許多小針狀或：在接觸表面上出現(xiàn)許多小針狀或痘狀凹坑，有時(shí)凹坑很深，呈貝殼狀，有疲勞裂紋痘狀凹坑，有時(shí)凹坑很深，呈貝殼狀，有疲勞裂紋發(fā)展的痕跡。發(fā)展的痕跡。如圖所示如圖所示54 3、分類(lèi)分類(lèi)：根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)不同，：根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)不同，可分為以下三種：可分為以下三種： 麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落（麻點(diǎn)）：（麻點(diǎn)）：0.10.2mm以下的小以下的

55、小塊剝落，呈針狀或痘狀凹坑截面呈不對(duì)稱(chēng)塊剝落，呈針狀或痘狀凹坑截面呈不對(duì)稱(chēng)V形。形。如圖所示如圖所示 淺層剝落淺層剝落：深度在：深度在0.20.4mm，剝落底部，剝落底部大致和表面平行，裂紋走向與表面呈銳角或垂直。大致和表面平行，裂紋走向與表面呈銳角或垂直。 深層剝落深層剝落（壓碎性剝落）：深度與表面強(qiáng)（壓碎性剝落）：深度與表面強(qiáng)化深度相當(dāng)，裂紋走向與表面垂直?；疃认喈?dāng)，裂紋走向與表面垂直。如圖所示如圖所示55 4、過(guò)程過(guò)程：為裂紋形成和擴(kuò)展兩個(gè)階段。：為裂紋形成和擴(kuò)展兩個(gè)階段。 5、接觸疲勞曲線(xiàn)接觸疲勞曲線(xiàn)分兩種：有明顯的接觸疲勞極分兩種：有明顯的接觸疲勞極限和沒(méi)有明顯的接觸疲勞極限。限和

56、沒(méi)有明顯的接觸疲勞極限。 接觸疲勞破壞與表面層塑性變形有關(guān)。接觸疲勞破壞與表面層塑性變形有關(guān)。 少量麻點(diǎn)剝落不影響機(jī)件的正常工作，但隨著少量麻點(diǎn)剝落不影響機(jī)件的正常工作，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，麻點(diǎn)尺寸逐漸變大，數(shù)量也不斷增多，時(shí)間的延長(zhǎng)，麻點(diǎn)尺寸逐漸變大，數(shù)量也不斷增多，機(jī)件表面受到大面積損壞，結(jié)果無(wú)法繼續(xù)工作而失機(jī)件表面受到大面積損壞，結(jié)果無(wú)法繼續(xù)工作而失效。對(duì)齒輪而言，麻點(diǎn)越多，嚙合情況越差，噪音效。對(duì)齒輪而言，麻點(diǎn)越多，嚙合情況越差，噪音越來(lái)越大，振動(dòng)和沖擊也隨之加大，嚴(yán)重時(shí)甚至可越來(lái)越大，振動(dòng)和沖擊也隨之加大，嚴(yán)重時(shí)甚至可能將輪齒打斷。能將輪齒打斷。齒輪、軸承、鋼軌、輪轂的表面經(jīng)齒輪、軸承

57、、鋼軌、輪轂的表面經(jīng)常出現(xiàn)接觸疲勞失效常出現(xiàn)接觸疲勞失效。56 （二）接觸應(yīng)力（二）接觸應(yīng)力 1、接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力：兩物體相互接觸時(shí)，在表面產(chǎn)兩物體相互接觸時(shí)，在表面產(chǎn)生的局部壓入應(yīng)力稱(chēng)為接觸應(yīng)力生的局部壓入應(yīng)力稱(chēng)為接觸應(yīng)力。 按接觸面初始幾何條件不同按接觸面初始幾何條件不同可分為可分為： 線(xiàn)接觸線(xiàn)接觸：如齒輪的接觸；滾動(dòng)軸承（滾動(dòng)體：如齒輪的接觸；滾動(dòng)軸承（滾動(dòng)體為滾柱、滾針）的接觸。為滾柱、滾針）的接觸。 點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸：如滾動(dòng)軸承（滾動(dòng)體為球體）的接：如滾動(dòng)軸承（滾動(dòng)體為球體）的接觸。觸。57 線(xiàn)接觸時(shí)的接觸應(yīng)力線(xiàn)接觸時(shí)的接觸應(yīng)力 假設(shè)兩圓柱體的半徑分別為假設(shè)兩圓柱體的半徑分別為R1、R2

58、，長(zhǎng)，長(zhǎng)l l，未，未變形前兩者為線(xiàn)接觸，施加法向力后，因彈性變形變形前兩者為線(xiàn)接觸，施加法向力后，因彈性變形變?yōu)槊娼佑|，接觸面積變?yōu)槊娼佑|，接觸面積2bl l ，如圖所示如圖所示 。 據(jù)彈性力學(xué)分析，接觸壓應(yīng)力沿?fù)?jù)彈性力學(xué)分析，接觸壓應(yīng)力沿y軸按半橢圓軸按半橢圓柱規(guī)律分布，在接觸中間（柱規(guī)律分布，在接觸中間（y=0）處，接觸壓應(yīng)力）處，接觸壓應(yīng)力達(dá)到最大值，所以：達(dá)到最大值，所以：58 在法向力的作用下，接觸面有三向主應(yīng)力，沿在法向力的作用下，接觸面有三向主應(yīng)力，沿接觸深度方向的分布接觸深度方向的分布如圖所示如圖所示。在一定接觸深度下。在一定接觸深度下zyx； zxy，相應(yīng)的最大切應(yīng)力為：，

59、相應(yīng)的最大切應(yīng)力為： 這三個(gè)最大切應(yīng)力分別作用在與主應(yīng)力作用面這三個(gè)最大切應(yīng)力分別作用在與主應(yīng)力作用面互成互成45方向的平面上，方向的平面上，在接觸中心下在接觸中心下0.786b處，處，zy45值最大。值最大。 在接觸面下在接觸面下0.5b、y0.85b處所受切應(yīng)力處所受切應(yīng)力0max最大最大。59 點(diǎn)接觸時(shí)的接觸應(yīng)力點(diǎn)接觸時(shí)的接觸應(yīng)力 施加法向應(yīng)力后，視兩接觸物體形狀不同，接施加法向應(yīng)力后，視兩接觸物體形狀不同，接觸面可能是橢圓或圓。如：滾珠與軸承套圈接觸，觸面可能是橢圓或圓。如：滾珠與軸承套圈接觸，接觸面為橢圓；球與球或球與平面接觸，接觸面為接觸面為橢圓；球與球或球與平面接觸，接觸面為圓。

60、圓。 接觸面為橢圓時(shí)，如圖所示，接觸應(yīng)力按半橢接觸面為橢圓時(shí)，如圖所示，接觸應(yīng)力按半橢圓球規(guī)律分布，且圓球規(guī)律分布，且 對(duì)于半徑為對(duì)于半徑為R的圓球和平面的點(diǎn)接觸，按彈性力的圓球和平面的點(diǎn)接觸，按彈性力學(xué)計(jì)算，接觸圓半徑：學(xué)計(jì)算，接觸圓半徑：60 可見(jiàn)，點(diǎn)接觸時(shí)：可見(jiàn)，點(diǎn)接觸時(shí)： 圓球與平面接觸圓球與平面接觸，最大切應(yīng)力最大切應(yīng)力zy45zy45也在接也在接觸中心下觸中心下0.786b0.786b處處。 兩球接觸時(shí)兩球接觸時(shí)，最大切應(yīng)力最大切應(yīng)力zy45zy45在接觸區(qū)下在接觸區(qū)下0.5b0.5b處處。 在在有滑動(dòng)時(shí)有滑動(dòng)時(shí)，摩擦力與最大，摩擦力與最大切應(yīng)力切應(yīng)力zy45zy45疊疊加的最大綜