第六章材料的磨損性能

1、1.機(jī)械零件的摩擦 1) 運(yùn)動(dòng)零件的實(shí)際表明接觸情況粗糙度 擠、壓、剪切 摩擦阻力 消耗能量、表明燒傷、減少壽命 液體隔離 轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w摩擦 摩擦類型：干摩擦，邊界摩擦、液體摩擦。 第六章第六章 材料的磨損性能材料的磨損性能1 1、機(jī)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)、機(jī)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng) 摩擦摩擦 磨損磨損。2 2、研究對(duì)象：、研究對(duì)象： 最常見(jiàn)的磨損方式最常見(jiàn)的磨損方式 磨損機(jī)理磨損機(jī)理； 材料磨損的本質(zhì)及其影響因素；材料磨損的本質(zhì)及其影響因素； 研究與探索控制磨損的方法和提高材料耐磨性的途徑。研究與探索控制磨損的方法和提高材料耐磨性的途徑。1.1 摩擦及其分類 兩接觸的物體在接觸表面間相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有一相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨兩接觸的

2、物體在接觸表面間相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有一相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)產(chǎn)生阻礙其發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，稱為摩擦。勢(shì)時(shí)產(chǎn)生阻礙其發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，稱為摩擦。干摩擦液體摩擦邊界摩擦混合摩擦 根據(jù)摩擦副表面間的潤(rùn)滑狀態(tài)將摩擦狀態(tài)分為四種： 如果兩物體的滑動(dòng)表面為無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純?nèi)绻麅晌矬w的滑動(dòng)表面為無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬，這兩個(gè)物體直接接觸時(shí)的摩擦稱為金屬，這兩個(gè)物體直接接觸時(shí)的摩擦稱為干摩擦干摩擦。1.1.干摩擦干摩擦2. 液體摩擦 兩摩擦表面不直接接觸，被油膜隔開(kāi)的摩擦稱為液體摩擦。3.邊界摩擦邊界摩擦 兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)，使其處于干摩擦和液體摩擦之間的狀態(tài)，這種摩擦稱為邊界摩擦。4.混合摩

3、擦 處于干摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)，稱為混合摩擦。6.2 6.2 磨損的基本概念及類型磨損的基本概念及類型一、摩擦與摩損的概念：一、摩擦與摩損的概念：1 1、摩擦：、摩擦： 接觸物體間的一種阻礙運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。接觸物體間的一種阻礙運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。2 2、磨損：、磨損： 在摩擦作用下物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在摩擦作用下物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 表面逐漸分離出表面逐漸分離出磨屑磨屑( (局部變形和斷裂局部變形和斷裂) )， 從而不斷從而不斷損傷損傷的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。3 3、磨損過(guò)程：、磨損過(guò)程： (1)(1)跑合跑合( (磨合磨合) )階段階段: : 磨損速率下降。磨損速率下降。 (2)(2)穩(wěn)定穩(wěn)定磨損階段磨損

4、階段: : 磨損速率穩(wěn)定。磨損速率穩(wěn)定。 (3)(3)劇烈磨損階段劇烈磨損階段: : 磨損速率增加。磨損速率增加。二、磨損的基本類型：二、磨損的基本類型：1 1、根據(jù)摩擦面損傷和破壞的形式，大致可分、根據(jù)摩擦面損傷和破壞的形式，大致可分4 4類：類： 粘著磨損；粘著磨損； 磨料磨損；磨料磨損； 腐蝕磨損腐蝕磨損( (包括氧化、微動(dòng)、浸蝕磨損包括氧化、微動(dòng)、浸蝕磨損) )； 麻點(diǎn)疲勞磨損麻點(diǎn)疲勞磨損( (接觸疲勞接觸疲勞) )。2 2、各種磨損可以發(fā)生轉(zhuǎn)化。、各種磨損可以發(fā)生轉(zhuǎn)化。一、粘著磨損：一、粘著磨損：1 1、概念：、概念： 因兩種材料表面因兩種材料表面某些接觸點(diǎn)某些接觸點(diǎn)局部壓應(yīng)力局部壓

5、應(yīng)力 超過(guò)該處材料屈服強(qiáng)度超過(guò)該處材料屈服強(qiáng)度(s s ); ); 發(fā)生粘合并拽開(kāi)發(fā)生粘合并拽開(kāi); ; 而產(chǎn)生的一種表面損傷磨損。而產(chǎn)生的一種表面損傷磨損。2 2、發(fā)生條件：、發(fā)生條件： 多發(fā)生在摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度小多發(fā)生在摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度小; ; 接觸面氧化膜脆弱接觸面氧化膜脆弱; ; 潤(rùn)滑條件差潤(rùn)滑條件差; ; 以及接觸應(yīng)力大的滑動(dòng)摩擦條件下。以及接觸應(yīng)力大的滑動(dòng)摩擦條件下。3 3、表面特征：、表面特征： 機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤。機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤。 產(chǎn)生很高的應(yīng)力產(chǎn)生很高的應(yīng)力 發(fā)生塑性變形發(fā)生塑性變形形成粘著點(diǎn)形成粘著點(diǎn) 被剪斷、拉開(kāi)被剪斷、拉開(kāi)轉(zhuǎn)移到一方材料表面轉(zhuǎn)移到一方材

6、料表面 脫落下來(lái)脫落下來(lái)形成磨屑。形成磨屑。 就是粘著點(diǎn)不斷形成，又不斷被破壞并脫落的過(guò)程。就是粘著點(diǎn)不斷形成，又不斷被破壞并脫落的過(guò)程。5 5、粘著磨損量：、粘著磨損量： W=KpL/(3Hv)W=KpL/(3Hv)4 4、形成過(guò)程：、形成過(guò)程： 表面接觸的少數(shù)微凸體表面接觸的少數(shù)微凸體 粘著磨損按程度不同可分為五級(jí)：輕微磨損、涂抹、粘著磨損按程度不同可分為五級(jí)：輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫、咬死。擦傷、撕脫、咬死。 涂抹、擦傷、撕脫又稱為膠合，往往發(fā)生于高速、涂抹、擦傷、撕脫又稱為膠合，往往發(fā)生于高速、重載的場(chǎng)合。重載的場(chǎng)合。 減輕粘著磨損的措施：合理地選擇配對(duì)材料，采用減輕粘著磨損的措施：

7、合理地選擇配對(duì)材料，采用表面處理，限制摩擦表面的溫度，控制壓強(qiáng)及采用含有表面處理，限制摩擦表面的溫度，控制壓強(qiáng)及采用含有油性極壓添加劑的潤(rùn)滑劑等，都可減輕粘著磨損。油性極壓添加劑的潤(rùn)滑劑等，都可減輕粘著磨損。二、磨粒磨損二、磨粒磨損( (磨料磨損或研磨磨損磨料磨損或研磨磨損) )1 1、概念：、概念： 摩擦副的一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微凸起；摩擦副的一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微凸起； 或在接觸面間存在硬質(zhì)粒子；或在接觸面間存在硬質(zhì)粒子； 產(chǎn)生的磨損。產(chǎn)生的磨損。 前者稱兩體磨粒磨損；后者稱三體磨粒磨損。前者稱兩體磨粒磨損；后者稱三體磨粒磨損。 依據(jù)磨粒受的應(yīng)力大小，依據(jù)磨粒受的應(yīng)力大小， 分為鑿削式、高

8、應(yīng)力碾碎式、低應(yīng)力擦傷式分為鑿削式、高應(yīng)力碾碎式、低應(yīng)力擦傷式3 3類。類。2 2、發(fā)生條件：、發(fā)生條件：3 3、表面特征：、表面特征： 摩擦面上有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽。摩擦面上有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽。4 4、形成過(guò)程：、形成過(guò)程： 磨粒對(duì)摩擦表面產(chǎn)生的微切削作用磨粒對(duì)摩擦表面產(chǎn)生的微切削作用塑性變形塑性變形 疲勞破壞或脆性斷裂疲勞破壞或脆性斷裂 產(chǎn)生溝槽。產(chǎn)生溝槽。5 5、粘著磨損量：、粘著磨損量： W=KpLtan/(Hv)W=KpLtan/(Hv)三、接觸疲勞三、接觸疲勞( (表面疲勞磨損或麻點(diǎn)磨損表面疲勞磨損或麻點(diǎn)磨損) )1 1、現(xiàn)象和特征：、現(xiàn)象和特征：(1)(1)兩接

9、觸材料作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，兩接觸材料作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r， 交變交變接觸壓應(yīng)力接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用，長(zhǎng)期作用， 使材料表面使材料表面疲勞疲勞損傷，損傷， 局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落， 而使材料磨損的的現(xiàn)象。而使材料磨損的的現(xiàn)象。(2)(2)表面特征：表面特征： 出現(xiàn)許多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑出現(xiàn)許多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑( (麻坑麻坑) )。 有的凹坑較深，底部有疲勞裂紋擴(kuò)展線的痕跡。有的凹坑較深，底部有疲勞裂紋擴(kuò)展線的痕跡。(3)(3)分類分類: : 分為分為麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落( (點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕) )、淺層剝落、淺層剝落、 深層剝落深

10、層剝落( (表面壓碎表面壓碎)3)3類。類。 深度在深度在0.10.10.2mm0.2mm的小塊剝落的小塊剝落 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕 形狀為不對(duì)稱形狀為不對(duì)稱V V型針狀或痘狀凹坑。型針狀或痘狀凹坑。 深度在深度在0.2 0.2 0.4mm0.4mm的小塊剝落的小塊剝落 淺層剝落淺層剝落 剝塊底部大致與表面平行，剝塊底部大致與表面平行， 裂紋沿與表面成銳角或直角擴(kuò)展。裂紋沿與表面成銳角或直角擴(kuò)展。 深度深度 0.4mm 0.4mm的小塊剝落的小塊剝落 深層剝落深層剝落 深度與表面強(qiáng)化層深相當(dāng)，裂紋垂直于表面擴(kuò)展。深度與表面強(qiáng)化層深相當(dāng)，裂紋垂直于表面擴(kuò)展。2 2、接觸應(yīng)力的概念、接觸應(yīng)力的概念( (赫茲應(yīng)

11、力赫茲應(yīng)力) )： 兩物體相互接觸時(shí)兩物體相互接觸時(shí), , 在局部表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力；在局部表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力； 分為線接觸分為線接觸( (如圓柱與圓柱接觸如圓柱與圓柱接觸) ) 與點(diǎn)接觸與點(diǎn)接觸( (如滾珠與軸承圈如滾珠與軸承圈) )兩類。兩類。 最大綜合切應(yīng)力最大綜合切應(yīng)力maxmax。3 3、接觸疲勞過(guò)程：、接觸疲勞過(guò)程： (1)(1)麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落 滾動(dòng)兼滑動(dòng)滾動(dòng)兼滑動(dòng)的情況。的情況。 最大綜合切應(yīng)力最大綜合切應(yīng)力表層材料累積損傷表層材料累積損傷 萌生裂紋；萌生裂紋； 潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油擠入裂紋內(nèi)擠入裂紋內(nèi)形成油楔形成油楔 裂紋沿與滾動(dòng)方向傾斜角裂紋沿與滾動(dòng)方向傾斜角 小于小于4545的方向擴(kuò)

12、展的方向擴(kuò)展 裂紋與表層材料間被折斷裂紋與表層材料間被折斷 形成形成0.10.10.2mm0.2mm深的痘狀凹坑深的痘狀凹坑 形成麻點(diǎn)剝落。形成麻點(diǎn)剝落。 (2) (2)淺層剝落淺層剝落 純滾動(dòng)純滾動(dòng)情況。情況。 最大綜合切應(yīng)力最大綜合切應(yīng)力 次表層材料累積損傷次表層材料累積損傷 萌生裂紋。萌生裂紋。 裂紋沿非金屬夾雜物平行于表面擴(kuò)展裂紋沿非金屬夾雜物平行于表面擴(kuò)展 而后垂直擴(kuò)展直至表面而后垂直擴(kuò)展直至表面 形成盆狀剝落凹坑形成盆狀剝落凹坑 形成淺層剝落。形成淺層剝落。 (3) (3)深層剝落深層剝落 裂紋源多位于硬化層與心部的交界處裂紋源多位于硬化層與心部的交界處( (過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)) ) 優(yōu)

13、先萌生優(yōu)先萌生 造成沿硬化層的大塊材料剝落。造成沿硬化層的大塊材料剝落。綜上所述，接觸疲勞裂紋的形成與擴(kuò)展是綜上所述，接觸疲勞裂紋的形成與擴(kuò)展是 接觸綜合切應(yīng)力接觸綜合切應(yīng)力 高于材料高于材料接觸疲勞強(qiáng)度接觸疲勞強(qiáng)度的結(jié)果。的結(jié)果。4.腐蝕磨損 在摩擦過(guò)程中，摩擦面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)在摩擦過(guò)程中，摩擦面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱為腐蝕或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損可分為氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損。腐蝕磨損可分為氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕磨損等。磨損、氣蝕磨損等。 實(shí)際上大多數(shù)磨損是以上述四種磨損形式的實(shí)際上大多數(shù)磨損是以上述四種磨損形

14、式的復(fù)合形式出現(xiàn)的。復(fù)合形式出現(xiàn)的。6.3 6.3 耐磨性及其測(cè)量方法耐磨性及其測(cè)量方法一、材料的耐磨性：一、材料的耐磨性： 1 1、概念：、概念： 耐磨性是指材料抵抗磨損的性能。耐磨性是指材料抵抗磨損的性能。 2 2、磨損量：、磨損量： 磨損量愈小，耐磨性愈高磨損量愈小，耐磨性愈高 3 3、磨損量的測(cè)量：、磨損量的測(cè)量： 稱重法和尺寸法。稱重法和尺寸法。 (1)(1)稱重法：稱重法： 用精密分析天平稱量試樣試驗(yàn)前后的用精密分析天平稱量試樣試驗(yàn)前后的質(zhì)量的變化質(zhì)量的變化確定磨損量。確定磨損量。 (2)(2)尺寸法：尺寸法： 根據(jù)根據(jù)表面法向尺寸表面法向尺寸在試驗(yàn)前后的在試驗(yàn)前后的變化變化確定磨

15、損量。確定磨損量。 (3)(3)單位摩擦距離、單位壓力下的磨損量稱之為單位摩擦距離、單位壓力下的磨損量稱之為比磨損量。比磨損量。 (4)(4)常用磨損量的倒數(shù)或用相對(duì)耐磨性常用磨損量的倒數(shù)或用相對(duì)耐磨性()()表征材料的耐磨性。表征材料的耐磨性。 =標(biāo)準(zhǔn)試樣的磨損量標(biāo)準(zhǔn)試樣的磨損量/ /被測(cè)樣的磨損量被測(cè)樣的磨損量 (5)(5)相對(duì)耐磨性的倒數(shù)亦稱相對(duì)耐磨性的倒數(shù)亦稱磨損系數(shù)磨損系數(shù)。6.3 6.3 耐磨性及其測(cè)量方法耐磨性及其測(cè)量方法二、磨損試驗(yàn)方法：二、磨損試驗(yàn)方法： 1 1、分為實(shí)物試驗(yàn)、分為實(shí)物試驗(yàn) 與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)兩類。與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)兩類。 2 2、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)分類：、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)分類： (a)(a)為銷盤(pán)式磨損試驗(yàn)機(jī)為銷盤(pán)式磨損試驗(yàn)機(jī) (b)(b)為環(huán)塊式；為環(huán)塊式； (c)(c)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)式試