磨損及磨損原理-第一講課件

磨損及磨損原理——第一講磨損及磨損原理一.概述二.粘著磨損三.磨粒磨損四.疲勞磨損五.其他形式磨損沖蝕磨損、化學磨損六.磨損的轉化與復合題綱一.概述二.粘著磨損三.磨粒磨損四.疲勞磨損五第一節(jié)概述

任何機器運轉時，相互接觸的零件之間都將因相對運動而產生摩擦，而磨損正是由于摩擦產生的結果。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壽命。從材料學科特別是從材料的工程應用來看，人們更重視研究材料的磨損。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界能源的1／3～1／2消耗于摩擦，而機械零件80％失效原因是磨損。輪胎壓痕(SEM5000X)摩擦痕跡(350X)第一節(jié)概述任何機器運轉時，相互接觸的零件之1.1磨損研究的重要性

與摩擦相比，磨損要復雜得多。對大多數(shù)機器來說，磨損比摩擦顯得更為重要，實際上人們對磨損的理解遠遠不如摩擦。對機器磨損的預測能力也很差。對于大多數(shù)不同系統(tǒng)的材料，在空氣中的摩擦系數(shù)大小相差不超過20倍，而磨損率之差卻很大，如聚乙烯對鋼的磨損和鋼對鋼的磨損之比可相差105倍。在具體的工作條件下，磨損影響因素十分復雜，它包括工作條件、環(huán)境因素、介質因素和潤滑條件以及零件材料的成分、組織和工作表面的物理、化學、機械性能等，了解影響因素有利于實現(xiàn)對磨損的控制。1.1磨損研究的重要性與摩擦相比，磨損要復雜得多。對大多1.2磨損研究的進展

磨損的研究工作開展得較遲，本世紀50年代初期在工業(yè)發(fā)展國家開始研究“粘著磨損”理論，探討磨損機理。1953年美國的J.F.Archard提出了簡單的磨損計算公式，1957年蘇聯(lián)的克拉蓋爾斯基提出了固體疲勞理論和計算方法，1973年美國的N.P.Suh提出了磨損剝層理論。20世紀60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術、鐵譜技術等大量的綜合的應用，使得磨損研究在磨損力學、機理、失效分析、監(jiān)測及維修等方面有了較快的發(fā)展。把磨損試驗機直接裝在電子顯微鏡內進行觀察和錄像，了解磨損的動態(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，以監(jiān)測磨損過程，分析磨損機理，從而尋求提高機器壽命的可能途徑。1.2磨損研究的進展磨損的研究工作開展得較遲，本

1.3磨損定義：

磨損是摩擦副相對運動時，在摩擦的作用下，材料表面物質不斷損失或產生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象。

表面物質運動主要包括機械運動、化學作用和熱作用。

(1)機械作用使摩擦表面發(fā)生物質損失及摩擦表面變形。

(2)化學作用使摩擦表面發(fā)生性狀的改變。

(3)熱作用使摩擦的表面發(fā)生形狀的改變。

定義說明

①磨損并不局限于機械作用，由于伴同化學作用而產生的腐蝕磨損；由于界面放電作用而引起物質轉移的電火花磨損；以及由于伴同熱效應而造成的熱磨損等現(xiàn)象都在磨損的范圍之內；②定義強調磨損是相對運動中所產生的現(xiàn)象，因而，橡膠表面老化、材料腐蝕等非相對運動中的現(xiàn)象不屬于磨損研究的范疇；1.3磨損定義：定義說明定義說明③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；④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移(材料從一個表面轉移到另一個表面上去)，破壞包括產生殘余變形，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，而不是偶然的幾次。定義說明③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1.4磨損的危害：

(1)影響機器的質量，減低設備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，破壞了漸開線齒形，傳動中導致沖擊振動。機床主軸軸承磨損，影響零件的加工精度。

(2)降低機器的效率，消耗能量。如柴油機缸套的磨損，導致功率不能充分發(fā)揮。

(3)減少機器的可靠性，造成不安全的因素。如斷齒、鋼軌磨損。

(4)消耗材料,造成機械材料的大面積報廢。1.5研究內容：(1)磨損類型及發(fā)生條件、特征和變化規(guī)律。(2)影響磨損各種因素，包括材料、表面形態(tài)、環(huán)境、滑動速度、載荷、溫度等。(3)磨損的物理模型、計算及改善措施。(4)磨損的測試技術與實驗分析方法。1.4磨損的危害：1.5研究內容：表面被磨平，實際接觸面積不斷增大，表面應變硬化，形成氧化膜，磨損速率減小。斜率就是磨損速率，唯一穩(wěn)定值；大多數(shù)機件在穩(wěn)定磨損階段（AB段）服役；磨損性能是根據(jù)機件在此階段的表現(xiàn)來評價。隨磨損的增長，磨耗增加，表面間隙增大，表面質量惡化，機件快速失效。1.6

磨損過程的一般規(guī)律：1、磨損過程分為三個階段:表面被磨平，實際接觸面積不斷增大，表面應變硬化，形成氧化膜，非典型磨損曲線

2.磨損特性曲線典型浴盆曲線典型浴盆曲線磨損率:單位時間內單位載荷下材料的磨損量的表示非典型磨損曲線2.磨損特性曲線典型浴盆曲線典型浴盆曲線磨1.7磨損類型1、磨損類型其他磨損類型1.7磨損類型1、磨損其他磨損類型破壞方式

基

本

特

征微動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，通常作為磨料加劇磨損。剝層破壞首先發(fā)生在次表層，位錯塞積，裂紋成核，并向表面擴展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。膠合表面存在明顯粘著痕跡和材料轉移，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。咬死黏著坑密集，材料轉移嚴重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對運動受到阻礙或停止。點蝕材料以極細粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑”狀凹坑。研磨宏觀上光滑，高倍才能觀察到細小的磨粒滑痕。劃傷低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。鑿削存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成2、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，通常作為磨料加劇磨損。表面存在明顯粘著痕跡和材料轉移，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。黏著坑密集，材料轉移嚴重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對運動受到阻礙或停止。破壞首先發(fā)生在次表層，并向表面擴展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。材料以極細粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑”狀凹坑。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，高倍才能觀察到細小的磨粒滑痕。存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成破壞方式基1.8磨損的評定

磨損時零件表面的損壞是材料表面單個微觀體積損壞的總和。目前對磨損評定方法還沒有統(tǒng)一的標準。這里主要介紹三種方法：磨損量、耐磨性和磨損比。

（1）磨損量

評定材料磨損的三個基本磨損量是長度磨損量Wl、體積磨損量Wv和重量磨損量Ww。

長度磨損量是指磨損過程中零件表面尺寸的改變量，這在實際設備的磨損監(jiān)測中經常使用。

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改變量。在所有的情況下，磨損都是時間的函數(shù)，因此，用磨損率Wt'來表示時間的特性。其它指標還有磨損強度W'(單位摩擦距離的磨損量，有人也把它稱為磨損率)，和磨損速度WT'(是指機器完成一單位工作量的磨損量)。1.8磨損的評定磨損時零件表面的損壞是材料表面單個微（2）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。材料耐磨性分為相對耐磨性和絕對耐磨性兩種。材料的相對耐磨性ε是指兩種材料A與B在相同的外部條件下磨損量的比值，其中材料之一的A是標準(或參考)試樣。εA＝WA/WB

磨損量WA和WB一般用體積磨損量，特殊情況下可使用其它磨損量。耐磨性通常也用絕對指標W-1或W′-1表示，即用磨損量或磨損率的倒數(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)，也可用體積磨損率、體積磨損強度或體積磨損速度的倒數(shù)表示。絕對耐磨性和相對耐磨性的關系是εA＝WA×W－1

（2）耐磨性材料的耐磨性是指在一定工作條件下材料（3）磨損比

沖蝕磨損過程中常用磨損比(也有稱磨損率)來度量磨損。

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，它們都是在一定實驗條件或工況下的相對指標，不同實驗條件或工況下的數(shù)據(jù)是不可比較的。（3）磨損比沖蝕磨損過程中常用磨損比(也有稱磨損率)來第二節(jié)粘著磨損1定義:

當摩擦副相對滑動時,由于粘著效應所形成結點發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材料或脫落成磨屑，或由一個表面遷移到另一個表面，此類磨損稱為粘著磨損。2粘著磨損機理：

當摩擦副接觸時，接觸首先發(fā)生在少數(shù)幾個獨立的微凸體上。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屈服壓力而發(fā)生塑性變形，繼而使兩摩擦表面產生粘著（焊接）。當微凸體相對運動時，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)生轉移。如撕斷處在焊接的部位，不發(fā)生物質的轉移。如撕斷處不在焊接的部位，則發(fā)生物質的轉移。粘著-剪斷-轉移-再粘著循環(huán)不斷進行，構成粘著磨損過程。粘著磨損第二節(jié)粘著磨損1定義:2粘著磨損機理：粘著磨損(1)輕微磨損:

粘著結合強度比摩擦副基體金屬抗剪切強度都低，剪切破壞發(fā)生在粘著結合面上，表面轉移的材料較輕微。

此時雖然摩擦系數(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發(fā)生輕微粘著摩損。(2)涂抹:

粘著結合強度大于較軟金屬抗剪切強度，小于較硬金屬抗剪切強度。剪切破壞發(fā)生在離粘著結合面不遠的較軟金屬淺層內，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。粘著磨損又稱擦傷或咬合磨損。出現(xiàn)條件：相對滑動速度小，接觸面氧化膜脆弱，潤滑條件差，接觸應力大。根據(jù)粘著點的強度和破壞位置不同，粘著磨損有五種不同的形式（五類典型粘著磨損）

：(1)輕微磨損:粘著磨損又稱擦傷或咬合磨損。(5)咬死：

粘著結合強度比兩基體金屬的抗剪強度都高，粘著區(qū)域大，切應力低于粘著結合強度。摩擦副之間發(fā)生嚴重粘著而不能相對運動。(3)擦傷：

粘著結合強度比兩基本金屬的抗剪強度都高。剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表層內或硬金屬的亞表層內，轉移到硬金屬上的粘著物使軟表面出現(xiàn)細而淺劃痕，硬金屬表面也偶有劃傷。(4)劃傷：

粘著結合強度比兩基體金屬的抗剪強度都高，切應力高于粘著結合強度。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。此時表面將沿著滑動方向呈現(xiàn)明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴重磨損。如果滑動繼續(xù)進行，粘著范圍將很快增大，摩擦產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。

這種破壞性很強的磨損形式，應力求避免。(5)咬死：

粘著結合強度比兩基體金屬的抗剪(1)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。

塑性材料粘著結點的破壞以塑性流動為主，發(fā)生在表層深處，磨損顆粒大。脆性材料粘著結點的破壞主要剝落，損傷深度較淺，磨損顆粒較小，容易脫落，不堆積于表面。根據(jù)強度理論：脆性材料的破壞由正應力引起，塑性材料的破壞決定于切應力。表面接觸中的最大正應力作用在表面，最大切應力離表面有一定深度，所以材料塑性越高，粘著磨損越嚴重。4.粘著磨損的影響因素b:材料的互溶性：

1.相同金屬或互溶性大的材料摩擦副易發(fā)生粘著磨損。

2.異種金屬或互溶性小的材料摩擦副抗粘著磨損能力較高。

3.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，相同金屬摩擦副，摩擦互溶性最差。(1)摩擦副材料：4.粘著磨損的影響因素b:材料的互溶性：

隨著滑動速度的變化，磨損類型由一種形式轉變?yōu)榱硪环N形式。如圖(a)所示，當摩擦速度很低時，主要是氧化磨損，出現(xiàn)Fe2O3的磨屑，磨損量很小。隨速度的增大，氧化膜破裂，金屬的直接接觸，轉化為粘著磨損，磨損量顯著增大?；瑒铀俣仍俑撸Σ翜囟壬仙欣谘趸ば纬?，又轉為氧化磨損，磨屑為Fe3O4，磨損量又減小。如摩擦速度再增大，將再次轉化為粘著磨損，磨損量又開始增加。

圖(b)是滑動速度保持一定而改變載荷所得到的鋼對鋼磨損實驗結果。載荷小產生氧化磨損,磨屑主要是Fe2O3；當載荷達到W0后,磨屑是FeO、Fe2O3

和Fe3O4的混合物。載荷超過Wc以后,便轉入危害性的粘著磨損。隨著滑動速度的變化，磨損類型由一種形式轉變?yōu)榱硪环N表面溫度的影響表層溫度特性對于摩擦表面的相互作用和破壞影響很大。表面溫度升高可使?jié)櫥な?，使材料硬度下降，摩擦表面容易產生粘著磨損。

如圖為溫度對膠合磨損的影響，可以看出，當表面溫度達到臨界值(約80℃)時,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p和滑動速度v，其中速度的影響更大，因此限制pv值是減少粘著磨損和防止膠合發(fā)生的有效方法。表面溫度的影響如圖為溫度對膠合磨損的影響，可以看潤滑油、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膜強度，能成倍地提高抗粘著磨損能力。

油性添加劑是由極性非常強的分子組成，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)。

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反應，生成一種低剪切強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。1.磨損量與滑動距離成正比2.磨損量與載荷成正比3.磨損量與較軟材料的硬度或屈服極限成正比

實際上，只有相同的金屬材料組成摩擦副時，才能按硬度估計粘著磨損，合金或不同材料的摩擦副，硬度不能反映粘著系數(shù)、粘著磨損或粘著引起的咬死等情況。三條粘著磨損規(guī)律：潤滑油、潤滑脂的影響1.磨損量與滑動距離成正比三條粘著磨損規(guī)第三節(jié)磨粒磨損1定義:外界硬顆粒或者對磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩擦過程中引起表面材料脫落的現(xiàn)象,稱為磨粒磨損。

磨粒是摩擦表面互相摩擦產生或由介質帶入摩擦表面。

例如：掘土機鏟齒、球磨機襯板等的磨損都是典型的磨粒磨損。機床導軌面由于切屑的存在也會引起磨粒磨損。水輪機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。第三節(jié)磨粒磨損1定義:外界硬顆粒或者對磨表面上的硬突起物2磨粒磨損機理(1)微觀切削：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表面，如硬度試驗一樣，在表面上形成壓痕。切向力使磨粒向前推進，當磨粒的形狀與位向適當時，磨粒就象刀具一樣，對表面進行剪切、和切削，產生槽狀磨痕.不過這種切削的寬度和深度都很小，因此產生的切屑也很小。

磨粒磨損是最普遍的磨損形式。據(jù)統(tǒng)計,在生產中因磨粒磨損所造成的損失占整個磨損損失的一半左右,因而研究磨粒磨損有著重要的意義。關于材料磨粒磨損主要有以下幾個假設：2磨粒磨損機理(1)微觀切削：磨粒磨損是最普遍

(1)微觀切削雖然切削時“刀具”，即一般的磨粒，大多具有負前角的特征，切屑變形也較大些，但在顯微鏡下觀察，這些微觀切屑仍具有機加工中切屑的特征。這些切屑一般長寬比較大，切屑的一面較光滑，而另一面則有滑動的臺階，有些還有卷曲現(xiàn)象。

微觀切削是材料磨粒磨損的主要機理。(1)微觀切削

磨粒和表面接觸時發(fā)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。但當磨粒形狀較圓鈍時，或在犁削過程磨粒的棱角而不是棱邊對著運動方向時，或磨粒和被磨材料表面間的夾角(迎角)太小時，或表面材料塑性很高時，往往磨粒在表面滑過后，只犁出一條溝來，把材料推向兩邊或前面，而不能切削出切屑來，特別是松散的自由磨粒，大概有90％以上的磨粒發(fā)生滾動接觸，只能壓出印痕來，而形成犁溝的概率只不過10％，這樣切削的可能性就更少了。

還有一種情況，如沖擊角較大的沖蝕磨損以及球磨機磨球對磨料沖擊時，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。(1)微觀切削磨粒和表面接觸時發(fā)生切削的概率不是很大，雖然在某種條件下(2)擠壓剝落：

磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產生壓痕，將塑性材料的表面擠壓出層狀或鱗片狀剝落碎屑。

當磨?；^表面時,除了切削外,大部分磨粒只把材料推向前面或兩旁,這些材料受到很大的塑性形變,卻沒有脫離母體,同時在溝底及溝槽附近的材料也受到較大的變形。犁溝時一般可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塑變，披推向兩側和前緣。若犁溝時全部的溝槽體積都被推向兩旁和前緣而不產生任何一次切屑時,則稱之為犁皺。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,當受到隨后的磨料作用時，可能把堆積起的材料重新壓平,也可能使已變形的溝底材料遭到再一次的犁皺變形,如此反復塑變,導致材料的加工硬化或其它強化作用,終于剝落而成為磨屑。(2)擠壓剝落：當磨?；^表面時,除了切削外,大部分磨

由于多次變形引起材料晶格的殘余畸變，導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力重新分配的能力，故有些截面上(當外力不變時)由于應力的增長(集中)逐漸喪失塑性而變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。由于多次變形引起材料晶格的殘余畸變，導致材料不可能再(3)疲勞破壞：摩擦表面在磨料產生的循環(huán)接觸力作用下，使表面材料因疲勞而剝落。

克拉蓋爾斯基提出“疲勞磨損機理在一般磨粒磨損中起主導作用”。疲勞一詞是指由重復應力循環(huán)引起的一種特殊破壞形式，這種應力循環(huán)的應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生的。其特征是材料在強化過程進展的同時，過程的速度強烈地決定于周圍的介質以及介質對強化的作用。

標準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。當進一步發(fā)展時，在材料表層出現(xiàn)硬化的滑移塑變層和裂紋。(3)疲勞破壞：克拉蓋爾斯基提出“疲勞磨損機理在一般④微觀斷裂(剝落)磨損機理：

磨損時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，斷裂機理可能占支配的地位。當斷裂發(fā)生時，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。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，內部參量則主要決定于材料的硬度與斷裂韌性等。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。當橫向裂紋互相交叉或擴展到表面時，就造成微觀斷裂機理的材料磨損。

以上幾種磨料磨損機理，還有待于進一步的研究和闡明。但有一點必須加以說明，即磨料磨損過程中不只是有一種機理而往往有幾種機理同時存在，由于磨損時外部條件或內部組織的變化，磨損機理也相應地發(fā)生變化，往往從一種機理為主轉變?yōu)榱硪环N機理為主。END④微觀斷裂(剝落)磨損機理：磨損時由于磨粒的壓入大多5磨料及其磨損性能

磨料的磨損性能和磨料的機械性能、存在狀態(tài)、結合狀態(tài)及其大小、形狀和運動條件等有關，特別是自然破碎后的角度。磨料的硬度是決定磨料磨損性比較關鍵的因素，在實際應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、強度等對磨料磨損性都有一定的影響。①磨料的形狀

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；圓而鈍的磨料壓入深度小，大多數(shù)產生淺的犁溝或壓坑，使材料發(fā)生彈塑性變形或甚至只在彈性變形范圍內，不發(fā)生切削，且在自由狀態(tài)時圓鈍形磨料容易發(fā)生滾動，使磨損量變得很小。從簡單模型的公式可知，磨料愈尖，θ角越大，其正切平均值越大，則磨損率也愈大。5磨料及其磨損性能磨料的磨損性能和磨料的機械性能、存③磨粒大小

材料磨損量與磨粒大小有關，一般是隨著磨粒直徑的增大而增大，直到達到某一臨界尺寸后就不再增大，而這種影響對非金屬材料來說比金屬更大些。

若載荷增大，粒徑超過臨界尺寸后，磨粒的大小對磨損仍有影響，不過影響略小。這個臨界尺寸大致在80μm左右，與材料成分、性能、預冷加工、速度與載荷等有關。③磨粒大小材料磨損量與磨粒大小有關，一般是隨著磨粒直徑③磨粒尺寸：一般金屬的磨損率隨磨粒平均尺寸的增大而增大，當磨粒尺寸達到一定臨界尺寸后，磨損率不再增大，臨界尺寸大約為80μm。磨粒尺寸影響

若載荷增大，粒徑超過臨界尺寸后，磨粒的大小對磨損仍有影響，不過影響略小些而已。這個臨界尺寸大致在80μm左右，與材料成分、性能、預冷加工、速度與載荷等有關。③磨粒尺寸：磨粒尺寸影響若載荷增大，粒徑超過臨界尺寸后④磨粒形狀和大小綜合作用

磨粒大小和形狀對磨損有綜合作用。克拉蓋爾斯基粗略估計半球形磨粒尺寸在1μm以下，只會產生彈性變形，成為磨損極微的滑動磨損。也有認為只要將潤滑油中0.1μm以上的磨粒濾掉，即可防止磨料磨損。

磨粒大小和形狀可使磨損由滑動磨損轉變?yōu)槟チ夏p，也可以從彈性變形轉變到塑性變形以致于切削。所以磨粒的尺寸、形狀和位向對磨料磨損有很大的影響，因為它們影響到從彈性接觸到塑性接觸的載荷和應力，以及引起臨界斷裂壓痕尺寸與溝糟尺寸的變化。④磨粒形狀和大小綜合作用磨粒大小和形狀對磨損有綜合作⑤磨粒硬度當磨料硬度低于試件硬度,即H0

＜(0.7~1)H不產生磨料磨損或產生輕微磨損。當磨料硬度超過試件硬度后，磨損量隨磨料硬度而增加。若磨料硬度很高將產生嚴重磨損，此時磨損量不再隨磨料硬度而變化。

為了避免磨料磨損，材料硬度應高于磨料硬度，一般當H＞1.3H0時只發(fā)生輕微的磨料磨損。⑤磨粒硬度當磨料硬度低于試件硬6影響磨粒磨損的因素：

影響磨料磨損的因素可分為外部因素與內部因素。外部因素即磨損時的工作條件，包括載荷、速度、溫度、相對運動及受力狀態(tài)、磨料、介質與環(huán)境因素等；內部條件包括受磨材料的化學成分、組織相機械性能等。磨料是影響磨損的重要外部因素，前面已討論過，其它因素分析如下：（1）載荷的影響：

根據(jù)磨料磨損的簡單模型可知，磨損量與載荷成正比。但這種線性關系一般都有一臨界值，到達此極限載荷，線性關系開始破壞。其原因是多種多樣的，主要的如磨粒被壓碎，砂紙破裂，相互作用表面的摩擦熱使溫度升高發(fā)生一系列的組織和性能變化，材料表面加工硬化，磨粒受摩擦熱的影響而變質以及三體磨料磨損時磨料對表面的相對運動發(fā)生變化等，都能引起磨損量改變，破壞磨損量與載荷的線性關系。6影響磨粒磨損的因素：影響磨料磨損的因素可分為外部②滑動距離

若磨粒在滑動過程中條件不變，如磨粒不變圓鈍或碎裂，則磨損量與滑動距離一般成正比，否則磨損量將有改變。

③磨料和材料表面的相對速度

磨損條件和環(huán)境的改變會使滑動速度對磨損的影響產生不同的結果。當速度較小時，磨損率隨速度的增高而有下降的趨勢，以后又逐漸升高，到達一定速度后趨于常數(shù)。鮑登和泰伯發(fā)現(xiàn)，金屬表面由于摩擦所引起的溫升將隨著摩擦速度增高而增高，及至到達金屬的熔點，此時，就與速度無關了。因此磨損的增加可能是溫度增高所致。磨料磨損時金屬表面熱量的增加率，大顆粒磨料比小顆粒的要大。在低速時，速度對磨損的影響并不重要，而高速時，特別在連續(xù)運轉時，速度對磨損的影響實際上是溫度對磨損的影響，若此時將載荷減小，這種影響將會降低。②滑動距離若磨粒在滑動過程中條件不變，如磨粒不變圓鈍④熱和溫度

摩擦時，載荷和速度對磨損的影響，實際上是由于熱和溫度的影響所致。特別在高溫時，熱能引起材料表面的氧化、軟化、硬化甚至于熔化，這樣就使表面的磨損變得復雜了。

⑤腐蝕環(huán)境和水蒸汽

存在有酸性液體介質的作用，其pH值在2.5～4范圍內，對零件有磨損和腐蝕的雙重作用，使磨損量增加。水汽的存在，也足以使磨損加速，三體磨料磨損時，在大于通常濕度下，特別是絕對濕度大于10％以上時，磨損率隨濕度的增長而增長甚速。在小于10％時則影響不大。兩體磨料磨損時，相對濕度從0～65％變化時，磨損率都隨著增加。磨損率的變化和磨料由于濕氣而容易碎裂成較多較尖銳的小磨粒，腐蝕化學膜的作用，磨粒衰退以及載荷、作用時間等有關，是比較復雜的問題。④熱和溫度摩擦時，載荷和速度對磨損的影響，實際上是由于⑥材料的內部因素

材料內部因素包括材料的成分、微觀組織特征及機械性能等。三者互有聯(lián)系，互有影響。金屬材料的化學成分和熱處理狀態(tài)決定了它們的組織。

耐磨性與化學成分和微觀組織有關。對一定成分的材料，它的耐磨性和體性硬度在一定范圍內呈線性關系。影響磨料磨損的微觀組織參數(shù)主要有：基體組織、第二相、夾雜物、晶界、內缺口和各向異性。影響磨料磨損的材料性能主要有：硬度、斷裂韌性、彈性模量、真實切斷抗力和抗拉強度等。⑥材料的內部因素材料內部因素包括材料的成分、微觀組織特征第四節(jié)疲勞磨損1.定義：摩擦接觸表面在交變接觸壓應力的作用下，材料表面因疲勞損傷而引起表面脫落的現(xiàn)象。有兩種基本類型，即宏觀和微觀疲勞磨損。

接觸疲勞類型麻點剝落:是指深度在0.1-0.2mm以下的小塊剝落，裂紋一般起源于表面，剝落坑呈針狀或痘狀。

根據(jù)裂紋起始位置和形態(tài)的差異，分為麻點剝落（點蝕）、淺層剝落、深層剝落三種主要類型。麻點剝落實物圖第四節(jié)疲勞磨損1.定義：摩擦接觸表面在交變接觸壓應力的作用(1)破壞形式：表面出現(xiàn)深淺不同的斑狀凹坑。凹坑小而深的，磨屑呈扇形顆粒，稱點蝕(Pitting)。凹坑大而淺的，磨屑呈片狀，為剝落(Spalling)。

(2)產生原因：由于表面受循環(huán)的接觸應力作用，最大剪應力發(fā)生在表面下一定深度處。當該處強度不足或存在缺陷，則首先發(fā)生塑性變形，經應力循環(huán)后，產生疲勞裂紋，并沿最大剪應力方向擴展到表面，最終導致表面材料脫落。2.宏觀疲勞磨損：兩個相互滾動或滾動兼滑動的摩擦表面，在循環(huán)變化的接觸應力作用下，材料疲勞而發(fā)生脫落的現(xiàn)象。

**

如齒輪、滾動軸承。(1)破壞形式：表面出現(xiàn)深淺不同的斑狀凹坑。凹坑小

(a)純滾動接觸表面：裂紋的萌生多發(fā)生在次表層最大剪應力處，擴展也比較緩慢，比裂紋萌生階段長，損傷斷口有光澤。

(b)滾動兼滑動摩擦表面：同時存在接觸壓應力和剪切應力，摩擦表面容易產生塑性變形而形成微觀裂紋，裂紋起源于表面，萌生階段大于擴展階段，斷口比較暗淡。

(c)表面強化處理后：裂紋往往起源于表面硬化層和基體的交界處，裂紋擴展先平行于表面，再垂直或傾斜于表面向外擴展。損傷形式先為麻點，之后為大塊剝落，類似表層壓碎的現(xiàn)象。(a)純滾動接觸表面：裂紋的萌生多發(fā)生在次表層最大3.微觀疲勞磨損：

特征：滑動接觸表面由于微凸體相互接觸使材料發(fā)生疲勞而引起的機械磨損現(xiàn)象。

原因：表面材料脫落由載荷脈沖對微凸體的多次作用造成的。**當固體表面相互接觸時，實際接觸點是不連續(xù)的，兩表面的微凸體相互碰撞，產生沖擊力，使微凸體受到重復的沖擊和變形，致使材料發(fā)生疲勞磨損。4.疲勞磨損的破壞機理：

(1)麻點剝落：當表面接觸應力較小，摩擦力較大、或表面質量較差，如表面存在脫碳、燒傷、淬火不足、存在夾雜物等缺陷時，容易產生麻點剝落。前者原因在于表面最大綜合切應力較高；后者原因是材料抗剪切強度低。3.微觀疲勞磨損：4.疲勞磨損的破壞機理：1.在最大綜合切應力作用下產生塑性變形，形成裂紋。2.潤滑油擠入，在較高的壓力作用下，裂紋擴展，與滾動方向小于45度傾角。3.在尖端應力集中處產生二次裂紋，垂直于初始裂紋。4.二次裂紋向表面擴展，到達表面時，剝落一塊金屬形成一凹坑。1.在最大綜合切應力作用下產生塑性變形，形成裂紋。（2）淺層剝落：

多出現(xiàn)在零件表面粗糙度低，相對滑動小，即摩擦力小的情況下。

（a）裂紋產生于亞表層，該處切應力最大，塑性變形最劇烈。（b）在接觸應力的反復作用下，塑性變形反復進行，使材料局部弱化。(c)在非金屬夾雜物附近形成裂紋，沿非金屬夾雜物平行于表面擴展。(d)在滾動及摩擦力的作用下又產生與表面成一定傾角的二次裂紋，二次裂紋擴展到表面，另一端則形成懸臂梁。(e)反復彎曲發(fā)生斷裂，形成淺層剝落。條件：純滾動或摩擦力較小次表層受循環(huán)切應力，裂紋垂直擴展.深度為0.2-0.4mm（2）淺層剝落：(c)在非金屬夾雜物附近形成裂紋，沿非金屬夾（3）深層剝落：

對于表面硬化處理的部件，心部強度低、硬化層深度不合理或硬度梯度太大等都易造成深層剝落。**初始裂紋常出現(xiàn)在過渡區(qū)，該區(qū)切應力不大，但力學性能較弱，切應力高于材料強度而產生裂紋。裂紋形成后先平行于表面擴展，即沿過度區(qū)擴展，而后再垂直表面擴展，最后形成較深的剝落坑。條件：表面硬化層深度不足裂紋位于硬化層與心部交界處.深度>0.4mm（3）深層剝落：條件：表面硬化層深度不足5影響疲勞磨損的因素

接觸疲勞磨損過程十分復雜，影響因素繁多，可以歸納為以下四個方面:①在干摩擦或潤滑條件下的宏觀應力場；②摩擦副材料的機械性質和強度；③材料內部缺陷的幾何形狀和分布密度；④潤滑劑或介質與摩擦副材料的作用。

載荷性質

首先載荷大小決定了摩擦副的宏觀應力場，直接影響疲勞裂紋的萌生和擴展，通常認為是決定疲勞磨損壽命的基本因素。此外，載荷性質也有著巨大的影響。短期的高峰載荷周期性地附加在基本載荷上反而提高接觸疲勞壽命。只有當高峰載荷作用時間接近于循環(huán)周期時間一半時，才開始降低接觸疲勞壽命。應力循環(huán)速度也影響接觸疲勞。由于摩擦表面在每次接觸中都要產生熱量，應力循環(huán)速度越大，表面積聚熱量和溫度就越高，使金屬軟化而降低機械性能，因此加速表面疲勞磨損。

5影響疲勞磨損的因素接觸疲勞磨損過程十分復雜，影響材料性能

通常增加材料硬度可以提高抗疲勞磨損能力,但硬度過高,材料脆性增加,反而降低接觸疲勞壽命。滲碳鋼或其它表面硬化鋼的硬化層厚度影響抗疲勞磨損能力。硬化層太簿時,疲勞裂紋將出現(xiàn)在硬化層與基體的連接處,容易形成表層剝落。選擇硬化層厚度應使疲勞裂紋產生在硬化層內。此外,合理地提高硬化鋼基體的硬度可以改善表面抗疲勞磨損性能。

接觸疲勞磨損產生于滾動元件接觸表面，所以表面狀態(tài)對接觸疲勞壽命有很大的影響。粗糙的表面容易出現(xiàn)點蝕。以滾動軸承為例，粗糙度為Ra0.2的軸承壽命比Ra0.4的高2～3倍，而粗糙度低于Ra0.05的對壽命影響甚微。此外，在部分膜彈流潤滑狀態(tài)下，由油膜厚度和表面粗糙度所確定的膜厚比是影響表面疲勞的重要參數(shù)。材料性能通常增加材料硬度可以提高抗疲勞磨損能力,但硬度過潤滑劑的物理與化學作用

增加潤滑油的粘度將提高抗接觸疲勞能力。通常認為增加潤滑劑粘度可以提高疲勞壽命是由于彈流油膜增厚,從而減輕粗糙峰互相作用的結果。但其不能解釋某些無油滾動時不出現(xiàn)接觸疲勞,而加入潤滑油后迅速發(fā)生接觸疲勞的現(xiàn)象。

改變潤滑劑的粘度數(shù)值可使接觸疲勞壽命差別2倍，而潤滑劑的化學成分不同可以影響接觸疲勞壽命變化10倍。一般說來，潤滑劑中含氧和水分將劇烈地降低接觸疲勞壽命。當含有對裂紋尖端有腐蝕作用的化學成分時，也顯著降低接觸疲勞壽命。如果添加劑能夠生成較強的表面膜并減小摩擦時，將提高抗疲勞磨損能力。

環(huán)境對于接觸疲勞磨損也有一定的影響。在有腐蝕介質的環(huán)境中，或者礦物油中含有水分，都加速接觸疲勞磨損。溫度升高，將使?jié)櫥瑒┑恼扯冉档停湍ず穸葴p小，導致接觸疲勞磨損加劇。潤滑劑的物理與化學作用增加潤滑油的粘度將提高抗接觸疲第五節(jié)其他形式磨損1.定義：一、沖蝕磨損

沖蝕磨損是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對材料表面進行沖擊所造成的磨損；根據(jù)顆粒及其攜帶介質的不同，沖蝕磨損又可分為氣固沖蝕磨損、流體沖蝕磨損、液滴沖蝕和氣蝕等。

在自然界和工礦生產中，存在著大量的沖蝕磨損現(xiàn)象。例如礦山的氣動輸送管道中物料對管道的磨損，鍋爐管道被燃燒的灰塵沖蝕，噴砂機的噴嘴受砂粒的沖蝕，拋丸機葉片被鐵(鋼)丸沖蝕，各種排料泵中磨粒對葉輪和泵體的磨損，蒸汽透平機葉片被凝結水滴撞擊，水輪機葉輪被水中的砂粒撞擊，直升飛機的螺旋漿被空氣中的灰塵沖蝕，火箭發(fā)動機層部噴嘴受燃氣的沖刷等等。第五節(jié)其他形式磨損1.定義：一、沖蝕磨損沖2、沖蝕磨損理論

對于沖蝕磨損的研究，早在二十世紀40年代就開始了。起初人們主要研究沖蝕磨損的規(guī)律和各種影響因素。然而關于沖蝕磨損理論的研究，則是近三十幾年才發(fā)展起來的。許多研究者提出了沖蝕磨損的理論和模型。其中影響較大的有切削磨損理論、斷裂磨損理論、變形磨損理論、絕熱剪切與變形局部化磨損理論和薄片剝落磨損理論等。2、沖蝕磨損理論對于沖蝕磨損的研究，早在二十世紀（3）影響沖蝕磨損的主要因素磨粒硬度的影響

一般認為沖蝕磨損量是磨粒硬度的函數(shù)。沖蝕磨損量與磨粒硬度之間的關系式為ε＝K·H2.3磨粒形狀的影響

顯然尖角形的磨粒比圓球形磨粒在同樣條件下產生更大的沖蝕磨損。甚至低硬度的多角形磨粒比高硬度的圓球形磨粒產生的磨損更大。（3）影響沖蝕磨損的主要因素磨粒硬度的影響磨粒形狀的影響磨粒尺寸的影響

磨粒尺寸很小時，對沖蝕磨損影響不大。隨著磨粒尺寸增大，靶材的沖蝕磨損也增大，當磨粒尺寸增大到一定值(磨粒的臨界尺寸)時，磨損幾乎不再增加。這一現(xiàn)象稱為“尺寸效應”。磨粒尺寸的影響磨粒破碎的影響

磨粒在沖擊靶材表面時，往往會產生大量碎片。這些碎片能除去磨粒在以前沖擊時在靶材表面形成的擠出唇或翻皮，增加靶材的磨損。這種由于碎片造成的磨損稱為二次磨損，而磨粒末形成碎片時造成的磨損稱為一次磨損，沖蝕磨損是一次磨損與二次磨損的總和。

磨粒嵌鑲的影響

在沖蝕磨損的初期，由于磨粒嵌鑲于靶材的表面，因此靶材的沖蝕磨損量很小，甚至不是產生失重而是增重，即產生負磨損，這一階段稱為“孕育期”。經過一段時間(或沖蝕了一定量的磨粒)之后，當靶材的磨損量大大超過嵌鑲量時，才變?yōu)檎p。隨著沖蝕磨粒數(shù)量的增加，靶材的磨損量也穩(wěn)定增加，這一階段稱為穩(wěn)定(態(tài))沖蝕期。磨粒破碎的影響磨粒嵌鑲的影響溫度的影響

有些零件是在一定溫度下經受沖蝕磨損的。例如燃氣輪機葉片。溫度對沖蝕磨損的影響有兩種完全不同的結論。一些試驗結果表明，隨著環(huán)境溫度的升高，沖蝕磨損加劇。另一些試驗結果表明，隨著環(huán)境溫度升高，沖蝕磨損量減小。蒂利認為這是由于在高溫下這些材料的塑性提高，而延性材料隨著塑性的提高，耐磨性也有所提高。也有人認為在高溫下材料表面形成氧化膜，對沖蝕磨損也有一定的影響。溫度的影響有些零件是在一定溫度下經受沖蝕磨損的（1）定義與分類定義：

在液體、氣體或潤滑劑的工作環(huán)境中，相互作用的摩擦表面之間會發(fā)生化學或電化學反應，在表面形成腐蝕產物，這些腐蝕產物常粘附不牢，在摩擦過程中被剝落下來，而新的表面又繼續(xù)和介質發(fā)生反應，這種腐蝕和磨損的相互重復過程，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損是極為復雜的過程，環(huán)境、溫度、介質、滑動速度、載荷及潤滑條件稍有變化，都會使磨損發(fā)生很大的變化。分類：

腐蝕磨損可分為化學腐蝕磨損與電化學腐蝕磨損，化學腐蝕磨損又可分為氧化磨損和特殊介質腐蝕磨損兩種。化學磨損（1）定義與分類定義：分類：化學磨損（2）氧化磨損

①氧化磨損過程：

在摩擦過程中，金屬表面受空氣或潤滑劑中氧的作用形成氧化膜，然后氧化物不斷地被磨去而使零件金屬發(fā)生損耗的現(xiàn)象，稱為氧化磨損。除極少數(shù)貴金屬外，潔凈的金屬一旦與空氣接觸，立即與空氣中的氧反應成為單分子層的氧化膜。以后膜的厚度逐漸增長，其增長速率隨時間而變化。

在摩擦過程中，由于固體表面和介質間相互作用的活性增加，故形成氧化膜的速率要比靜態(tài)時快得多，因此在摩擦過程個被磨去的氧化膜在下一次摩擦的間歇中會迅速地生長出來，并被繼續(xù)磨去。這便是氧化磨損過程。造成氧化磨損的條件有三：(1)摩擦表面氧化的速率大于氧化膜被磨損的速率；(2)氧化膜與基體結合的強度大于摩擦表面的剪切應力；(3)氧化膜厚度大于表面磨損破壞的深度。（2）氧化磨損①氧化磨損過程：在摩擦過程中，由于固③氧化膜性質對磨損的影響：氧化膜與基體金屬的體積比

氧化膜的破壞速率取決于其與基體的結合強度和所作用的應力。若氧化物的體積與生成這部分氧化物所消耗的基體金屬的體積差不多，則氧化物所形成的膜是致密的、完整的并牢固地覆蓋在金屬表面上。若氧化物的體積比基體金屬體積小，則膜中出現(xiàn)拉應力，使膜破裂，或出現(xiàn)多孔疏松的膜。若氧化物的體積大于金屬的體積，隨著氧化膜的生長，膜的體積不斷膨脹，在膜內形成平行于表面的壓應力以及垂直于表面膜使膜脫開表面的拉應力。膜愈厚則內應力愈大。這樣就會使表面膜形成裂紋或從表面脫落。另外，如表面溫度發(fā)生變化，以及表面膜與金屬膨脹系數(shù)不同，也會產生內應力而脫落。③氧化膜性質對磨損的影響：氧化膜與基體金屬的體積比氧化膜的機械性能

脆性氧化膜與基體金屬結合能力差，容易被磨掉，若氧化膜的硬度較大，結果氧化膜被嵌入金屬內，成為磨料。如上述鋁及鋁合金上生成的晶態(tài)氧化鋁或剛鋁石的膜，很可能破碎后嵌入基體，對極硬的鋼都可能產生磨料磨損，因為剛鋁石比鐵的氧化物硬得多。反之，如為韌性而致密的氧化膜，則與基體結合牢固，不易磨掉。

若氧化物較軟，則對另一表面磨損就小，例如鎂表面生成軟的氫氧化物，對磨損的影響就不大，有的甚至有防止粘著的作用。即使象錫那樣的軟金屬也會使硬鉻鋼發(fā)生磨損。在有利于氧化的條件下，要比硬鋼對硬鉻鋼的磨損大得多。有些氧化物的摩擦磨損性能還與溫度有關。如PbO，在250℃以下潤滑性能不好，但超過此溫度時，就成為比MoS2還好的潤滑劑。氧化膜的機械性能脆性氧化膜與基體金屬結合能力差，容易（3）特殊介質中的腐蝕磨損

①磨損過程：

殊特介質中的腐蝕磨損是指摩擦副工作在除氧以外的其它介質(如酸、堿、鹽等)中，并和它們發(fā)生作用形成各種不同的產物，又在摩擦中被除去的過程。

它的磨損過程和氧化膜的磨損過程十分相似，使材料的磨損速度較大。腐蝕作用加速，磨損也加速。但若在某種介質中使金屬形成一層致密的并與基體結合強度高的保護膜，則可使腐蝕磨損速度減小。（3）特殊介質中的腐蝕磨損①磨損過程：它的磨損過程②影響因素腐蝕介質的性質、溫度與零件應力狀態(tài)的影響

腐蝕磨損的速度隨著介質腐蝕性的強弱、腐蝕溫度高低的影響而變化。

在摩擦學領域中，常利用腐蝕磨損為人類服務，如在磨合油里加入一定量的活性元素化合物，可縮短磨合時間和防止粘著磨損。在受高應力作用的摩擦副(如雙曲線齒副)的潤滑油中加入極壓添加劑，就是使金屬表面生成氯化物、硫化物或磷化物等薄膜，以防止摩擦副表面膠合或咬死，即以輕微的腐蝕磨損來防止嚴重的粘著磨損。零件所受的應力狀態(tài)對腐蝕磨損影響也極大。當零件受重復應力時，其腐蝕作用大大增加。腐蝕磨損還受到電位差的影響，即電化學腐蝕。②影響因素腐蝕介質的性質、溫度與零件應力狀態(tài)的影響在②影響因素材料性質的影響

軸瓦材料中的鉛和鎘，容易被潤滑油氧化所生成的有機酸所腐蝕，開始在軸瓦表面生成黑點，并逐漸擴展成為海綿狀空洞，在摩擦過程中呈小塊狀剝落，因此在使用鉛鎘軸瓦時應特別注意。

鎳、鉻、鈦等金屬在特殊介質作用下易形成結合力強、結構致密的鈍化膜。鎢、鉬在500℃以上，表面會生成保護膜，因此，鎢鉬是抗高溫腐蝕磨損的金屬，鎳、鉻是抗腐蝕磨損的金屬。此外由碳化鎢或碳化鈦組成的硬質合金，都具有耐腐蝕磨損的能力。②影響因素材料性質的影響鎳、鉻、鈦等金屬在特殊介質第六節(jié)、磨損的轉化與復合

生產實踐中所遇到的磨損往往表現(xiàn)得十分復雜，人們遲至本世紀二十年代還為其困惑不解。隨著科學技術的發(fā)展，觀察和分析手段逐漸完備，將磨損歸納出四個基本形式——粘著、磨料、疲勞、腐蝕。實際表現(xiàn)出來的磨損，常不能單純地納入某一種基本型式。如電火花侵蝕磨損——電蝕磨損。在一些通電流的摩擦副表面上，常會有電火花跳過，例如整流器的銅環(huán)與電刷。銅環(huán)被電火花擊損、電刷也發(fā)生磨損，隨之加劇跳火，使磨損更趨惡化。電火花侵蝕原理可用于精密加工；合理控制電流和電壓，可以獲得精密的加工尺寸及表面質量。因此，實際中的許多磨損現(xiàn)象往往是磨損基本類型的轉化或(和)復合。第六節(jié)、磨損的轉化與復合生產實踐中所遇到的磨損往往表1.磨損形式的轉化

磨損型式可以隨工作條件變化而轉化。通常機械中摩擦副的主要工作參數(shù)是相對滑動速度vs和載荷W。

如圖所示鋼材摩擦副在固定載荷條件下，相對滑動速度vs和磨損型式的關系。當滑動速度vs很低時，主要發(fā)生氧化磨損，有時會出現(xiàn)紅褐色Fe2O3磨屑，磨損率很小。隨vs增大，氧化膜破裂，表面裸露金屬，直接接觸，將轉化為粘著磨損，磨損量顯著增大?；瑒铀俣葀s再高，摩擦溫度上升，有利于形成黑灰色Fe3O4氧化膜，隨后又轉化成氧化磨損，磨損率又下降。如果vs再繼續(xù)增大，再次轉化成粘著磨損。磨損變得十分劇烈，導致失效。1.磨損形式的轉化磨損型式可以隨工作條件變化而轉化。1.磨損形式的轉化

圖表示載荷變化和磨損形式的關系。相對滑動速度固定，載荷小時主要是氧化磨損；當壓力p低于某值p0時，出現(xiàn)的氧化物是Fe2O3；當p＞p0時，則出現(xiàn)FeO、Fe3O4和Fe2O3三種混合的氧化物。p達臨界值pcr后，便轉化成危害性的粘著磨損。1.磨損形式的轉化圖表示載荷變化和磨損形式的關系。相2.邊界潤滑磨損

金屬摩擦副在邊界潤滑條件下滑動時，潤滑添加劑本身或添加劑由于摩擦分解或聚合與金屬表面發(fā)生化學反應，可形成各種邊界潤滑膜。

摩擦面上發(fā)生化學反應的原因，包括：

(1)摩擦熱引起的反應；

(2)摩擦化學引起的反應。特別是隨著磨損的發(fā)展，摩擦面上不斷裸露出新生金屬表面，活性特別高，很容易發(fā)生這些反應。在摩擦過程中，產生的新生潔凈表面處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，形成激化高能外逸電子發(fā)生源。外逸電子在潤滑行為中，可以起有益作用也可起危害作用。2.邊界潤滑磨損金屬摩擦副在邊界潤滑條件下滑動時，潤謝謝觀看！謝謝觀看！磨損及磨損原理——第一講磨損及磨損原理一.概述二.粘著磨損三.磨粒磨損四.疲勞磨損五.其他形式磨損沖蝕磨損、化學磨損六.磨損的轉化與復合題綱一.概述二.粘著磨損三.磨粒磨損四.疲勞磨損五第一節(jié)概述

任何機器運轉時，相互接觸的零件之間都將因相對運動而產生摩擦，而磨損正是由于摩擦產生的結果。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壽命。從材料學科特別是從材料的工程應用來看，人們更重視研究材料的磨損。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界能源的1／3～1／2消耗于摩擦，而機械零件80％失效原因是磨損。輪胎壓痕(SEM5000X)摩擦痕跡(350X)第一節(jié)概述任何機器運轉時，相互接觸的零件之1.1磨損研究的重要性

與摩擦相比，磨損要復雜得多。對大多數(shù)機器來說，磨損比摩擦顯得更為重要，實際上人們對磨損的理解遠遠不如摩擦。對機器磨損的預測能力也很差。對于大多數(shù)不同系統(tǒng)的材料，在空氣中的摩擦系數(shù)大小相差不超過20倍，而磨損率之差卻很大，如聚乙烯對鋼的磨損和鋼對鋼的磨損之比可相差105倍。在具體的工作條件下，磨損影響因素十分復雜，它包括工作條件、環(huán)境因素、介質因素和潤滑條件以及零件材料的成分、組織和工作表面的物理、化學、機械性能等，了解影響因素有利于實現(xiàn)對磨損的控制。1.1磨損研究的重要性與摩擦相比，磨損要復雜得多。對大多1.2磨損研究的進展

磨損的研究工作開展得較遲，本世紀50年代初期在工業(yè)發(fā)展國家開始研究“粘著磨損”理論，探討磨損機理。1953年美國的J.F.Archard提出了簡單的磨損計算公式，1957年蘇聯(lián)的克拉蓋爾斯基提出了固體疲勞理論和計算方法，1973年美國的N.P.Suh提出了磨損剝層理論。20世紀60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術、鐵譜技術等大量的綜合的應用，使得磨損研究在磨損力學、機理、失效分析、監(jiān)測及維修等方面有了較快的發(fā)展。把磨損試驗機直接裝在電子顯微鏡內進行觀察和錄像，了解磨損的動態(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，以監(jiān)測磨損過程，分析磨損機理，從而尋求提高機器壽命的可能途徑。1.2磨損研究的進展磨損的研究工作開展得較遲，本

1.3磨損定義：

磨損是摩擦副相對運動時，在摩擦的作用下，材料表面物質不斷損失或產生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象。

表面物質運動主要包括機械運動、化學作用和熱作用。

(1)機械作用使摩擦表面發(fā)生物質損失及摩擦表面變形。

(2)化學作用使摩擦表面發(fā)生性狀的改變。

(3)熱作用使摩擦的表面發(fā)生形狀的改變。

定義說明

①磨損并不局限于機械作用，由于伴同化學作用而產生的腐蝕磨損；由于界面放電作用而引起物質轉移的電火花磨損；以及由于伴同熱效應而造成的熱磨損等現(xiàn)象都在磨損的范圍之內；②定義強調磨損是相對運動中所產生的現(xiàn)象，因而，橡膠表面老化、材料腐蝕等非相對運動中的現(xiàn)象不屬于磨損研究的范疇；1.3磨損定義：定義說明定義說明③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；④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移(材料從一個表面轉移到另一個表面上去)，破壞包括產生殘余變形，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，而不是偶然的幾次。定義說明③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1.4磨損的危害：

(1)影響機器的質量，減低設備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，破壞了漸開線齒形，傳動中導致沖擊振動。機床主軸軸承磨損，影響零件的加工精度。

(2)降低機器的效率，消耗能量。如柴油機缸套的磨損，導致功率不能充分發(fā)揮。

(3)減少機器的可靠性，造成不安全的因素。如斷齒、鋼軌磨損。

(4)消耗材料,造成機械材料的大面積報廢。1.5研究內容：(1)磨損類型及發(fā)生條件、特征和變化規(guī)律。(2)影響磨損各種因素，包括材料、表面形態(tài)、環(huán)境、滑動速度、載荷、溫度等。(3)磨損的物理模型、計算及改善措施。(4)磨損的測試技術與實驗分析方法。1.4磨損的危害：1.5研究內容：表面被磨平，實際接觸面積不斷增大，表面應變硬化，形成氧化膜，磨損速率減小。斜率就是磨損速率，唯一穩(wěn)定值；大多數(shù)機件在穩(wěn)定磨損階段（AB段）服役；磨損性能是根據(jù)機件在此階段的表現(xiàn)來評價。隨磨損的增長，磨耗增加，表面間隙增大，表面質量惡化，機件快速失效。1.6

磨損過程的一般規(guī)律：1、磨損過程分為三個階段:表面被磨平，實際接觸面積不斷增大，表面應變硬化，形成氧化膜，非典型磨損曲線

2.磨損特性曲線典型浴盆曲線典型浴盆曲線磨損率:單位時間內單位載荷下材料的磨損量的表示非典型磨損曲線2.磨損特性曲線典型浴盆曲線典型浴盆曲線磨1.7磨損類型1、磨損類型其他磨損類型1.7磨損類型1、磨損其他磨損類型破壞方式

基

本

特

征微動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，通常作為磨料加劇磨損。剝層破壞首先發(fā)生在次表層，位錯塞積，裂紋成核，并向表面擴展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。膠合表面存在明顯粘著痕跡和材料轉移，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。咬死黏著坑密集，材料轉移嚴重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對運動受到阻礙或停止。點蝕材料以極細粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑”狀凹坑。研磨宏觀上光滑，高倍才能觀察到細小的磨粒滑痕。劃傷低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。鑿削存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成2、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，通常作為磨料加劇磨損。表面存在明顯粘著痕跡和材料轉移，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。黏著坑密集，材料轉移嚴重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對運動受到阻礙或停止。破壞首先發(fā)生在次表層，并向表面擴展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。材料以極細粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑”狀凹坑。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，高倍才能觀察到細小的磨?；?。存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成破壞方式基1.8磨損的評定

磨損時零件表面的損壞是材料表面單個微觀體積損壞的總和。目前對磨損評定方法還沒有統(tǒng)一的標準。這里主要介紹三種方法：磨損量、耐磨性和磨損比。

（1）磨損量

評定材料磨損的三個基本磨損量是長度磨損量Wl、體積磨損量Wv和重量磨損量Ww。

長度磨損量是指磨損過程中零件表面尺寸的改變量，這在實際設備的磨損監(jiān)測中經常使用。

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改變量。在所有的情況下，磨損都是時間的函數(shù)，因此，用磨損率Wt'來表示時間的特性。其它指標還有磨損強度W'(單位摩擦距離的磨損量，有人也把它稱為磨損率)，和磨損速度WT'(是指機器完成一單位工作量的磨損量)。1.8磨損的評定磨損時零件表面的損壞是材料表面單個微（2）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。材料耐磨性分為相對耐磨性和絕對耐磨性兩種。材料的相對耐磨性ε是指兩種材料A與B在相同的外部條件下磨損量的比值，其中材料之一的A是標準(或參考)試樣。εA＝WA/WB

磨損量WA和WB一般用體積磨損量，特殊情況下可使用其它磨損量。耐磨性通常也用絕對指標W-1或W′-1表示，即用磨損量或磨損率的倒數(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)，也可用體積磨損率、體積磨損強度或體積磨損速度的倒數(shù)表示。絕對耐磨性和相對耐磨性的關系是εA＝WA×W－1

（2）耐磨性材料的耐磨性是指在一定工作條件下材料（3）磨損比

沖蝕磨損過程中常用磨損比(也有稱磨損率)來度量磨損。

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，它們都是在一定實驗條件或工況下的相對指標，不同實驗條件或工況下的數(shù)據(jù)是不可比較的。（3）磨損比沖蝕磨損過程中常用磨損比(也有稱磨損率)來第二節(jié)粘著磨損1定義:

當摩擦副相對滑動時,由于粘著效應所形成結點發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材料或脫落成磨屑，或由一個表面遷移到另一個表面，此類磨損稱為粘著磨損。2粘著磨損機理：

當摩擦副接觸時，接觸首先發(fā)生在少數(shù)幾個獨立的微凸體上。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屈服壓力而發(fā)生塑性變形，繼而使兩摩擦表面產生粘著（焊接）。當微凸體相對運動時，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)生轉移。如撕斷處在焊接的部位，不發(fā)生物質的轉移。如撕斷處不在焊接的部位，則發(fā)生物質的轉移。粘著-剪斷-轉移-再粘著循環(huán)不斷進行，構成粘著磨損過程。粘著磨損第二節(jié)粘著磨損1定義:2粘著磨損機理：粘著磨損(1)輕微磨損:

粘著結合強度比摩擦副基體金屬抗剪切強度都低，剪切破壞發(fā)生在粘著結合面上，表面轉移的材料較輕微。

此時雖然摩擦系數(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發(fā)生輕微粘著摩損。(2)涂抹:

粘著結合強度大于較軟金屬抗剪切強度，小于較硬金屬抗剪切強度。剪切破壞發(fā)生在離粘著結合面不遠的較軟金屬淺層內，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。粘著磨損又稱擦傷或咬合磨損。出現(xiàn)條件：相對滑動速度小，接觸面氧化膜脆弱，潤滑條件差，接觸應力大。根據(jù)粘著點的強度和破壞位置不同，粘著磨損有五種不同的形式（五類典型粘著磨損）

：(1)輕微磨損:粘著磨損又稱擦傷或咬合磨損。(5)咬死：

粘著結合強度比兩基體金屬的抗剪強度都高，粘著區(qū)域大，切應力低于粘著結合強度。摩擦副之間發(fā)生嚴重粘著而不能相對運動。(3)擦傷：

粘著結合強度比兩基本金屬的抗剪強度都高。剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表層內或硬金屬的亞表層內，轉移到硬金屬上的粘著物使軟表面出現(xiàn)細而淺劃痕，硬金屬表面也偶有劃傷。(4)劃傷：

粘著結合強度比兩基體金屬的抗剪強度都高，切應力高于粘著結合強度。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。此時表面將沿著滑動方向呈現(xiàn)明顯的撕脫，出現(xiàn)嚴重磨損。如果滑動繼續(xù)進行，粘著范圍將很快增大，摩擦產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。

這種破壞性很強的磨損形式，應力求避免。(5)咬死：

粘著結合強度比兩基體金屬的抗剪(1)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。

塑性材料粘著結點的破壞以塑性流動為主，發(fā)生在表層深處，磨損顆粒大。脆性材料粘著結點的破壞主要剝落，損傷深度較淺，磨損顆粒較小，容易脫落，不堆積于表面。根據(jù)強度理論：脆性材料的破壞由正應力引起，塑性材料的破壞決定于切應力。表面接觸中的最大正應力作用在表面，最大切應力離表面有一定深度，所以材料塑性越高，粘著磨損越嚴重。4.粘著磨損的影響因素b:材料的互溶性：

1.相同金屬或互溶性大的材料摩擦副易發(fā)生粘著磨損。

2.異種金屬或互溶性小的材料摩擦副抗粘著磨損能力較高。

3.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，相同金屬摩擦副，摩擦互溶性最差。(1)摩擦副材料：4.粘著磨損的影響因素b:材料的互溶性：

隨著滑動速度的變化，磨損類型由一種形式轉變?yōu)榱硪环N形式。如圖(a)所示，當摩擦速度很低時，主要是氧化磨損，出現(xiàn)Fe2O3的磨屑，磨損量很小。隨速度的增大，氧化膜破裂，金屬的直接接觸，轉化為粘著磨損，磨損量顯著增大?；瑒铀俣仍俑?，摩擦溫度上升，有利于氧化膜形成，又轉為氧化磨損，磨屑為Fe3O4，磨損量又減小。如摩擦速度再增大，將再次轉化為粘著磨損，磨損量又開始增加。

圖(b)是滑動速度保持一定而改變載荷所得到的鋼對鋼磨損實驗結果。載荷小產生氧化磨損,磨屑主要是Fe2O3；當載荷達到W0后,磨屑是FeO、Fe2O3

和Fe3O4的混合物。載荷超過Wc以后,便轉入危害性的粘著磨損。隨著滑動速度的變化，磨損類型由一種形式轉變?yōu)榱硪环N表面溫度的影響表層溫度特性對于摩擦表面的相互作用和破壞影響很大。表面溫度升高可使?jié)櫥な?，使材料硬度下降，摩擦表面容易產生粘著磨損。

如圖為溫度對膠合磨損的影響，可以看出，當表面溫度達到臨界值(約80℃)時,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p和滑動速度v，其中速度的影響更大，因此限制pv值是減少粘著磨損和防止膠合發(fā)生的有效方法。表面溫度的影響如圖為溫度對膠合磨損的影響，可以看潤滑油、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膜強度，能成倍地提高抗粘著磨損能力。

油性添加劑是由極性非常強的分子組成，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)。

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反應，生成一種低剪切強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。1.磨損量與滑動距離成正比2.磨損量與載荷成正比3.磨損量與較軟材料的硬度或屈服極限成正比

實際上，只有相同的金屬材料組成摩擦副時，才能按硬度估計粘著磨損，合金或不同材料的摩擦副，硬度不能反映粘著系數(shù)、粘著磨損或粘著引起的咬死等情況。三條粘著磨損規(guī)律：潤滑油、潤滑脂的影響1.磨損量與滑動距離成正比三條粘著磨損規(guī)第三節(jié)磨粒磨損1定義:外界硬顆?；蛘邔δケ砻嫔系挠餐黄鹞锘虼植诜逶谀Σ吝^程中引起表面材料脫落的現(xiàn)象,稱為磨粒磨損。

磨粒是摩擦表面互相摩擦產生或由介質帶入摩擦表面。

例如：掘土機鏟齒、球磨機襯板等的磨損都是典型的磨粒磨損。機床導軌面由于切屑的存在也會引起磨粒磨損。水輪機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。第三節(jié)磨粒磨損1定義:外界硬顆?；蛘邔δケ砻嫔系挠餐黄鹞?磨粒磨損機理(1)微觀切削：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表面，如硬度試驗一樣，在表面上形成壓痕。切向力使磨粒向前推進，當磨粒的形狀與位向適當時，磨粒就象刀具一樣，對表面進行剪切、和切削，產生槽狀磨痕.不過這種切削的寬度和深度都很小，因此產生的切屑也很小。

磨粒磨損是最普遍的磨損形式。據(jù)統(tǒng)計,在生產中因磨粒磨損所造成的損失占整個磨損損失的一半左右,因而研究磨粒磨損有著重要的意義。關于材料磨粒磨損主要有以下幾個假設：2磨粒磨損機理(1)微觀切削：磨粒磨損是最普遍

(1)微觀切削雖然切削時“刀具”，即一般的磨粒，大多具有負前角的特征，切屑變形也較大些，但在顯微鏡下觀察，這些微觀切屑仍具有機加工中切屑的特征。這些切屑一般長寬比較大，切屑的一面較光滑，而另一面則有滑動的臺階，有些還有卷曲現(xiàn)象。

微觀切削是材料磨粒磨損的主要機理。(1)微觀切削

磨粒和表面接觸時發(fā)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。但當磨粒形狀較圓鈍時，或在犁削過程磨粒的棱角而不是棱邊對著運動方向時，或磨粒和被磨材料表面間的夾角(迎角)太小時，或表面材料塑性很高時，往往磨粒在表面滑過后，只犁出一條溝來，把材料推向兩邊或前面，而不能切削出切屑來，特別是松散的自由磨粒，大概有90％以上的磨粒發(fā)生滾動接觸，只能壓出印痕來，而形成犁溝的概率只不過10％，這樣切削的可能性就更少了。

還有一種情況，如沖擊角較大的沖蝕磨損以及球磨機磨球對磨料沖擊時，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