第一章摩擦學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)磨損

第一章摩擦學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)磨損第一頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四概述：1.1定義：摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面物質(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形的現(xiàn)象。表面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、化學(xué)作用和熱作用。(1)機(jī)械作用使摩擦表面發(fā)生物質(zhì)損失及摩擦表面的物理變形。(2)化學(xué)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。(4)其他作用造成各種作用的產(chǎn)生。

第二頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.2磨損的危害：(1)影響機(jī)器的質(zhì)量，減低設(shè)備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，破壞了漸開(kāi)線齒形，傳動(dòng)中導(dǎo)致沖擊振動(dòng)。機(jī)床主軸軸承磨損，影響零件的加工精度。

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

(3)減少機(jī)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(jī)械材料的大面積報(bào)廢。

第三頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.3

研究?jī)?nèi)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(dòng)速度、載荷、溫度等。(3)磨損的物理模型、計(jì)算及改善措施。(4)磨損的測(cè)試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析方法。第四頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.4磨損過(guò)程的一般規(guī)律：1.磨損過(guò)程曲線：典型磨損曲線通常由三種不同的磨損變化階段組成。第五頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四(1)

磨合階段：磨損量隨時(shí)間的增加而增加。出現(xiàn)在初始運(yùn)動(dòng)階段，由于表面存在粗糙度，微凸體接觸面積小，接觸應(yīng)力大，磨損速度快。第六頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)穩(wěn)定磨損階段：摩擦表面磨合后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，磨損率保持不變。標(biāo)志磨損條件保持相對(duì)穩(wěn)定，是零件整個(gè)壽命范圍內(nèi)的工作過(guò)程。第七頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四(3)

劇烈磨損階段：工作條件惡化，磨損量急劇增大。精度降低、間隙增大，溫度升高，產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲，最終導(dǎo)致零部件完全失效。第八頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四非典型磨損曲線第九頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

2.磨損特性曲線----浴盆曲線典型浴盆曲線第十頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.5磨損、摩擦和潤(rùn)滑的關(guān)系油膜膜厚比第十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四磨損類型

2.1磨損類型第十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2表面破壞方式及特征破壞方式

基

本

特

征微動(dòng)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(cuò)塞積，裂紋成核，并向表面擴(kuò)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。點(diǎn)蝕材料以極細(xì)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(xì)小的磨?；?。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第十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

2.3.表面破壞方式與機(jī)理對(duì)應(yīng)關(guān)系

第十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

粘著磨損

1定義:

當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)時(shí),由于粘著效應(yīng)所形成結(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切斷裂，被剪切的材料或脫落成磨屑，或由一個(gè)表面遷移到另一個(gè)表面，此類磨損稱為粘著磨損。第十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四2粘著磨損機(jī)理：

在載荷的作用下，相互接觸微凸體承受很高的壓力，首先發(fā)生變形，部分地方發(fā)生焊接。當(dāng)微凸體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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過(guò)發(fā)生轉(zhuǎn)移。如撕斷處在焊接的部位，不發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。如撕斷處不在焊接的部位，則發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。粘著-剪斷-轉(zhuǎn)移-再粘著循環(huán)不斷進(jìn)行，構(gòu)成粘著磨損過(guò)程。第十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

3五類典型粘著磨損

(1)輕微磨損:

粘著結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副基體金屬抗剪切強(qiáng)度都低，剪切破壞發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料較輕微。(2)涂抹:

粘著結(jié)合強(qiáng)度大于較軟金屬抗剪切強(qiáng)度，小于較硬金屬抗剪切強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬金屬表面。第十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四(3)擦傷：

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

粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，切應(yīng)力高于粘著結(jié)合強(qiáng)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。第十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四(5)咬死：

粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，粘著區(qū)域大，切應(yīng)力低于粘著結(jié)合強(qiáng)度。摩擦副之間發(fā)生嚴(yán)重粘著而不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)。第十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四4簡(jiǎn)單粘著磨損計(jì)算(Archard模型)：第二十頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.磨損量與滑動(dòng)距離成正比：適用于多種條件。2.磨損量與載荷成正比：適用于有限載荷范圍。

3.磨損量與較軟材料的硬度或屈服極限成正比：

**實(shí)際上，只有相同的金屬材料組成摩擦副時(shí)，才能按硬度估計(jì)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：第二十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

5粘著磨損的影響因素

(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(jié)點(diǎn)的破壞以塑性流動(dòng)為主，發(fā)生在表層深處，磨損顆粒大。

**脆性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞主要?jiǎng)兟?，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(qiáng)度理論：脆性材料的破壞由正應(yīng)力引起，塑性材料的破壞決定于切應(yīng)力。表面接觸中的最大正應(yīng)力作用在表面，最大切應(yīng)力離表面有一定深度，所以材料塑性越高，粘著磨損越嚴(yán)重。

第二十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四b:材料的互溶性：

？相同金屬或互溶性大的材料摩擦副易發(fā)生粘著磨損。

？異種金屬或互溶性小的材料摩擦副抗粘著磨損能力較高。

？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。第二十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四c:材料的組織結(jié)構(gòu)和表面處理：

--多相金屬比單相金屬的抗粘著磨損能力高。通過(guò)表面處理技術(shù)在金屬表面生成硫化物、磷化物或氯化物等薄膜可以減少粘著效應(yīng)，同時(shí)表面膜限制了破壞深度，提高抗粘著磨損的能力。第二十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四d:材料的硬度：

硬度高的金屬比硬度低的金屬抗粘著能力強(qiáng)，表面接觸應(yīng)力大于較軟金屬硬度的1/3時(shí)，很多金屬將由輕微磨損轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重的粘著磨損。e:表面粗糙度：一般情況下，降低摩擦副的表面粗糙度能提高抗粘著能力。硬度的影響第二十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)外部環(huán)境條件：a:潤(rùn)滑條件：在潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂中加入油性或極壓添加劑；選用熱導(dǎo)性高的摩擦副材料或加強(qiáng)冷卻降低表面溫度；改善表面形貌以減少接觸壓力等都可以提高抗粘著磨損的能力。

b:相對(duì)滑動(dòng)速度：載荷一定的情況下，粘著磨損量隨滑動(dòng)速度的增加而增大。隨著相對(duì)滑動(dòng)速度的增加，表面溫度升高，表面生成的氧化膜阻止了金屬間的直接接觸，減少了粘著磨損。

第二十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四c:載荷的影響：

當(dāng)載荷增大到某一臨界值后，粘著磨損量會(huì)急劇增加。右圖是四球機(jī)磨痕直徑的變化，當(dāng)載荷達(dá)到一定值時(shí)，磨痕直徑迅速增大，此載荷稱為膠合載荷。第二十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四d:表面溫度：

溫度主要導(dǎo)致摩擦表面：

(1)表面性質(zhì)發(fā)生變化：如硬化、相變或軟化。

(2)表面膜變化：破壞表面膜，導(dǎo)致氧化膜或其它形式化合物膜形成。

(3)潤(rùn)滑劑的性質(zhì)發(fā)生變化：油膜氧化或熱降解，油膜離析，分子鏈位向消失。一般情況下，溫度升高，材料硬度下降，在不考慮其它因素的作用時(shí)，摩擦表面容易產(chǎn)生粘著磨損。第二十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

磨粒磨損

1定義:

摩擦過(guò)程中，硬的顆?；蛴驳耐钩鑫餂_刷摩擦表面引起材料脫落的現(xiàn)象。磨粒是摩擦表面互相摩擦產(chǎn)生或由介質(zhì)帶入摩擦表面。2磨料磨損分類及其磨損特征：分類類型特征實(shí)例

磨料固定形態(tài)

自由磨損磨粒自由松散，可以在表面滑動(dòng)或滾動(dòng)，磨粒之間也有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。刮板、輸送機(jī)溜槽

固定磨損磨料固定，在磨損表面作相對(duì)滑動(dòng)，磨料可以是小顆粒，也可以是很大的整體顆粒。采煤機(jī)截齒、挖掘機(jī)斗齒第三十頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四接觸表面兩體磨損硬磨料或硬表面微凸體與一個(gè)摩擦表面對(duì)磨的磨損犁鏵、水輪機(jī)輪葉三體磨損磨粒介于兩摩擦表面之間，并在兩表面間滑動(dòng)齒輪、滑動(dòng)軸承間力的作用特點(diǎn)劃傷磨損磨料的作用應(yīng)力低于其壓潰強(qiáng)度，材料表面被輕微劃傷犁鏵、輸送機(jī)溜槽碾壓磨損磨料與表面接觸最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強(qiáng)度破碎滾筒球蘑機(jī)球鑿削磨損磨料對(duì)表面有高應(yīng)力沖擊運(yùn)動(dòng)，材料表面被鑿削顎式破碎機(jī)齒板第三十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四相對(duì)硬度硬料磨損磨料硬度大于材料硬度石英-鋼材軟料磨損磨料硬度低于材料硬度礦石-鋼磨料特性干磨損磨料是干燥的球磨機(jī)干磨濕料磨損磨料含水分，加速磨損球磨機(jī)濕磨流體磨損氣或液體帶磨料沖刷表面泥漿泵等工作環(huán)境一般磨損正常條件下的磨料磨損各類機(jī)械腐蝕磨損腐蝕介質(zhì)中的磨料磨損化工機(jī)械等熱料磨損高溫工作下的磨料磨損沸騰爐等第三十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

3磨粒磨損機(jī)理

(1)微觀切削：法向載荷將磨料壓入摩擦表面，而滑動(dòng)時(shí)的摩擦力通過(guò)磨料的犁溝作用使表面剪切、犁皺和切削，產(chǎn)生槽狀磨痕。(2)擠壓剝落：磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產(chǎn)生壓痕，將塑性材料的表面擠壓出層狀或鱗片狀剝落碎屑。(3)疲勞破壞：摩擦表面在磨料產(chǎn)生的循環(huán)接觸力作用下，使表面材料因疲勞而剝落。第三十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四4磨粒磨損簡(jiǎn)化模型計(jì)算：簡(jiǎn)單的計(jì)算方法根據(jù)微觀切削機(jī)理得出，即拉賓諾維奇(Rabinowicz)模型:假定單顆磨粒形狀為圓錐體，半角為θ，載荷為W，壓入深度h，滑動(dòng)距離為S，屈服極限σs。第三十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四5影響磨粒磨損的因素：(1)硬度因素：磨料硬度H0與試件硬度H比值:當(dāng)磨料硬度低于試件硬度,即H0＜(0.7~1)H不產(chǎn)生磨料磨損或產(chǎn)生輕微磨損。當(dāng)磨料硬度超過(guò)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(chǎn)生嚴(yán)重磨損，此時(shí)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(yīng)高于磨料硬度，一般當(dāng)H＞1.3H0時(shí)只發(fā)生輕微的磨料磨損。第三十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）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(dāng)磨粒尺寸達(dá)到一定臨界尺寸后，磨損率不再增大，臨界尺寸大約為80μm。磨粒尺寸影響第三十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）載荷的影響：磨損率與壓力成正比，但有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)壓力達(dá)到或超過(guò)臨界壓力時(shí)，磨損率隨壓力的增加變的平緩。載荷第三十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四沖蝕磨損1.定義：流體或固體顆粒以一定的速度和角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊造成的磨損。2.沖蝕磨損理論：（1）塑性材料切削理論:芬尼于1958年首次提出塑性材料切削理論。認(rèn)為磨粒如同一把微型刀具，當(dāng)劃過(guò)材料表面時(shí)，把材料表面切除而產(chǎn)生的磨損。理論分析材料的磨損體積為：

V=Kmv2f(α)/P

第三十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

其中V—材料的磨損體積，m—沖蝕磨粒的質(zhì)量v—磨粒的沖蝕速度α—磨粒的沖擊角P—材料的流動(dòng)應(yīng)力K—常數(shù)**可以看到，材料的磨損體積與磨粒的質(zhì)量和速度成正比，與材料的流動(dòng)應(yīng)力成反比，并與沖擊角有一定的關(guān)系。研究結(jié)果表明，對(duì)于塑性材料、多角形磨粒、小沖擊角的沖蝕磨損，該模型非常適用。否則，則存在偏差。第三十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）脆性材料的斷裂理論：

脆性材料在磨粒沖蝕下不產(chǎn)生變形，主要以斷裂破壞的形式產(chǎn)生磨損。當(dāng)磨粒尺寸較大時(shí)，磨損量隨沖擊角的增大而增加，沖擊角為90度時(shí)，磨損量最大。第四十頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）變形磨損理論：

比特1963年提出：該理論把沖蝕磨損分為變形磨損和切削磨損。認(rèn)為90度沖角下的沖蝕磨損與粒子沖擊靶材的變形有關(guān)，1972年，謝爾登和凱希爾利用單顆粒沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)證實(shí)。第四十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（4）薄片剝落理論：

萊維等人提出：認(rèn)為沖蝕磨損時(shí)，形成薄片的大應(yīng)變出現(xiàn)在很薄的表面層中，該表面由于絕熱剪切變形而被加熱到金屬的退火溫度，于是形成了一個(gè)軟的表面層，其下面有一個(gè)由于材料塑性變形而產(chǎn)生的加工硬化區(qū)，該區(qū)的形成對(duì)表面層薄片的形成有促進(jìn)作用，在反復(fù)的沖擊和擠壓變形作用下，材料表面形成薄片而剝落。第四十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.影響沖蝕磨損的主要因素（1）沖擊粒子的特性：

硬度：磨損量是硬度的函數(shù)。

第四十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四形狀：同樣條件下，尖角磨粒比球形磨粒產(chǎn)生更大的沖蝕磨損。尺寸：尺寸小，影響不大，隨尺寸增加，磨損增大，尺寸到一定值時(shí)，磨損幾乎不再增大。第四十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）沖蝕速度：

速度對(duì)磨損的影響很大，因?yàn)闆_蝕磨損與磨粒的動(dòng)能有直接關(guān)系。研究表明，磨損量與磨粒速度有下列關(guān)系：W=K?νn

n速度指數(shù)，一般為2~3，塑性材料波動(dòng)小，取2.3~2.4，脆性材料波動(dòng)較大，取2.2~6.5。第四十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）沖擊角：

主要與靶材料有關(guān)。

塑性材料的磨損開(kāi)始隨沖擊角的增加而增加，當(dāng)沖擊角為20~30度時(shí)，磨損量最大，然后隨沖擊角繼續(xù)增大而減小。

脆性材料隨沖擊角的增大，磨損量不斷增大，當(dāng)沖擊角為90度時(shí)，磨損率最大。第四十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（4）靶材料的影響：材料硬度：越高越好

材料加工硬化：加工硬化能提高材料低角度沖蝕磨損的耐磨性能，但降低大角度沖蝕磨損的耐磨性能。材料的組織特征：該方面研究很缺乏，相互存在矛盾的結(jié)果。第四十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四疲勞磨損1.定義：摩擦接觸表面在交變接觸壓應(yīng)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。2.宏觀疲勞磨損：兩個(gè)相互滾動(dòng)或滾動(dòng)兼滑動(dòng)的摩擦表面，在循環(huán)變化的接觸應(yīng)力作用下，材料疲勞而發(fā)生脫落的現(xiàn)象。

**

如齒輪、滾動(dòng)軸承。

第四十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

(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(diǎn)蝕(Pitting)。凹坑大而淺的，磨屑呈片狀，為剝落(Spalling)。

(2)

產(chǎn)生原因：由于表面受循環(huán)的接觸應(yīng)力作用，最大剪應(yīng)力發(fā)生在表面下一定深度處。當(dāng)該處強(qiáng)度不足或存在缺陷，則首先發(fā)生塑性變形，經(jīng)應(yīng)力循環(huán)后，產(chǎn)生疲勞裂紋，并沿最大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展到表面，最終導(dǎo)致表面材料脫落。第四十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

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

(b)滾動(dòng)兼滑動(dòng)摩擦表面：同時(shí)存在接觸壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力，摩擦表面容易產(chǎn)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(kuò)展階段，斷口比較暗淡。

第五十頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四(c)表面強(qiáng)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(kuò)展先平行于表面，再垂直或傾斜于表面向外擴(kuò)展。損傷形式先為麻點(diǎn)，之后為大塊剝落，類似表層壓碎的現(xiàn)象。第五十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.微觀疲勞磨損：特征：滑動(dòng)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(jī)械磨損現(xiàn)象。

原因：表面材料脫落由載荷脈沖對(duì)微凸體的多次作用造成的。**當(dāng)固體表面相互接觸時(shí)，實(shí)際接觸點(diǎn)是不連續(xù)的，兩表面的微凸體相互碰撞，產(chǎn)生沖擊力，使微凸體受到重復(fù)的沖擊和變形，致使材料發(fā)生疲勞磨損。第五十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四4.疲勞磨損的破壞機(jī)理：

(1)麻點(diǎn)剝落：當(dāng)表面接觸應(yīng)力較小，摩擦力較大、或表面質(zhì)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(shí)，容易產(chǎn)生麻點(diǎn)剝落。前者原因在于表面最大綜合切應(yīng)力較高；后者原因是材料抗剪切強(qiáng)度低。第五十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.在最大綜合切應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形，形成裂紋。2.潤(rùn)滑油擠入，在較高的壓力作用下，裂紋擴(kuò)展，與滾動(dòng)方向小于45度傾角。3.在尖端應(yīng)力集中處產(chǎn)生二次裂紋，垂直于初始裂紋。4.二次裂紋向表面擴(kuò)展，到達(dá)表面時(shí)，剝落一塊金屬形成一凹坑。第五十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）淺層剝落：多出現(xiàn)在零件表面粗糙度低，相對(duì)滑動(dòng)小，即摩擦力小的情況下。

（a）裂紋產(chǎn)生于亞表層，該處切應(yīng)力最大，塑性變形最劇烈。

（b）在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，塑性變形反復(fù)進(jìn)行，使材料局部弱化。

第五十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四(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(kuò)展。(d)在滾動(dòng)及摩擦力的作用下又產(chǎn)生與表面成一定傾角的二次裂紋，二次裂紋擴(kuò)展到表面，另一端則形成懸臂梁。(e)反復(fù)彎曲發(fā)生斷裂，形成淺層剝落。第五十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）深層剝落：

對(duì)于表面硬化處理的部件，心部強(qiáng)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(guò)渡區(qū)，該區(qū)切應(yīng)力不大，但力學(xué)性能較弱，切應(yīng)力高于材料強(qiáng)度而產(chǎn)生裂紋。裂紋形成后先平行于表面擴(kuò)展，即沿過(guò)度區(qū)擴(kuò)展，而后再垂直表面擴(kuò)展，最后形成較深的剝落坑。第五十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

7.5.疲勞磨損的影響因素1.在干摩擦或潤(rùn)滑條件下的宏觀應(yīng)力場(chǎng)2.摩擦副材料的機(jī)械性質(zhì)和強(qiáng)度3.材料內(nèi)部缺陷的幾何形狀和分布密度4.潤(rùn)滑劑或介質(zhì)與摩擦副材料的相互作用第五十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四

主要影響因素：（1）非金屬夾雜：脆性?shī)A雜易造成裂紋，降低接觸疲勞壽命。塑性硫化物夾雜易隨基體一起變形，能夠把氧化物夾雜包住形成共生夾雜，降低氧化物夾雜的不良作用。（2）表面硬度和心部硬度：表層硬度梯度不應(yīng)過(guò)大。一定范圍內(nèi)，接觸疲勞抗力隨硬度隨硬度升高而增大。第六十頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）表面特征：減少表面冷、熱加工缺陷，降低表面粗糙度、提高接觸精度，可以有效增加接觸疲勞壽命。（4）摩擦副硬度匹配：一般要求小齒輪硬度大于大齒輪硬度，可以有效提高齒輪的壽命。第六十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四化學(xué)磨損1定義：

化學(xué)磨損是在摩擦促進(jìn)作用下，摩擦副的一方或雙方與中間物質(zhì)或環(huán)境介質(zhì)中的某些成分發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，造成表面材料損失的過(guò)程。分為氧化磨損與特殊介質(zhì)腐蝕磨損兩類。第六十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四2氧化磨損：（1）氧化磨損過(guò)程：

機(jī)件的表面總存在一層氧的吸附層，當(dāng)摩擦副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，凸起部位比壓很大，導(dǎo)致產(chǎn)生塑性變形。加速了氧向金屬內(nèi)部的擴(kuò)散，從而形成氧化膜。氧化膜強(qiáng)度低，易被剝落，裸露出新表面，進(jìn)而又發(fā)生氧化，隨后又被磨掉，如此氧化膜的形成又除去，造成機(jī)件表面被磨損。

第六十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）氧化磨損的宏觀特征：

摩擦表面沿滑動(dòng)方向呈均細(xì)磨痕，磨損產(chǎn)物為紅褐色氧化鐵或灰黑色四氧化三鐵。（3）影響氧化磨損的因素：

（1）氧化膜的性質(zhì)、厚度及其與基體的結(jié)合強(qiáng)度。

（2）摩擦副表面對(duì)塑性變形的抵抗能力。

（3）金屬材料中氧的擴(kuò)散速率。

（4）摩擦學(xué)參數(shù)，包括壓力、速度、時(shí)間、溫度。第六十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四3微動(dòng)磨損（1）定義：接觸表面之間小幅度的相對(duì)切向振動(dòng)稱為微動(dòng)。**

在相互緊壓的表面之間，由于微動(dòng)使局部產(chǎn)生的磨損為微動(dòng)磨損。在多數(shù)機(jī)械構(gòu)件中都可能存在小幅度的相對(duì)滑動(dòng)表面，如連接件的結(jié)合面、靜配合的軸與孔表面等，均可能出現(xiàn)微動(dòng)磨損。其表面可見(jiàn)因接觸疲勞破壞形成的麻點(diǎn)或蝕坑。

第六十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）機(jī)理：

一種復(fù)合磨損，包括粘著磨損、磨粒磨損和腐蝕磨損。沃特豪斯(Waterhouse)理論分三個(gè)階段：（1）表面產(chǎn)生凸起塑性變形，形成表面裂紋并擴(kuò)展?；蛉コ砻嫖畚铮纬烧持宛ぶc(diǎn)斷裂。（2）通過(guò)疲勞破壞和黏著點(diǎn)斷裂形成磨屑，隨后被氧化，成為繼續(xù)作用的磨料。第六十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）磨粒磨損階段，加速第一階段的磨損，表面不斷被氧化、磨去，如此循環(huán)就構(gòu)成了微動(dòng)磨損。（3）影響磨損量因素：（a）振動(dòng)次數(shù)：增大而增大（b）振動(dòng)頻率：振動(dòng)次數(shù)相同時(shí)，頻率增大而減小。（c）法向載荷：增大而增大，但增加速率不斷減小。（d）環(huán)境介質(zhì)：真空或不活潑氣氛中小，空氣濕度增大時(shí)，磨損量也隨之增大。第六十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四磨損的檢測(cè)與評(píng)定檢測(cè)參數(shù)：1.耐磨性：材料抵抗磨損的能力，屬于系統(tǒng)性質(zhì)。2.磨損量：

長(zhǎng)度磨損量Wl：磨損表面法線方向尺寸的改變量，在實(shí)際設(shè)備的磨損檢測(cè)中經(jīng)常用。體積Wv和重量磨損量Ww：

磨損試樣的體積或重量的改變量。3.相對(duì)耐磨性ε：ε=標(biāo)準(zhǔn)試樣的磨損量/

被測(cè)試試樣的磨損量

第六十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四4.磨損率：

磨損量對(duì)產(chǎn)生磨損的行程或時(shí)間之比。接觸力不大情況下，聚合物和金屬或陶瓷的磨損體積：

V=kPX

V磨損體積，P接觸載荷，X滑行距離，k磨損因子。k與材料的種類和表面特性有關(guān)，通常作為磨損率定量化指標(biāo)。第六十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四磨損的控制和防磨措施1、磨損的控制因素：材料選擇潤(rùn)滑劑的選擇表面粗糙度機(jī)械結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等方面控制磨損表面溫升和冷卻第七十頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四材料的選擇各種磨損類型對(duì)材料性能的要求磨損類型配對(duì)材料的性能要求粘著磨損不溶焊、不互溶、低表面能、低延展性、高硬度、六方結(jié)晶結(jié)構(gòu)等易形成防粘著表面層磨料磨損高硬度、高含碳量、晶粒尺寸小、彈性模量低的細(xì)晶組織、纖維狀（斷口）結(jié)構(gòu)、易于發(fā)生加工硬化疲勞磨損耐疲勞、耐腐蝕、表層含雜質(zhì)較少腐蝕磨損更高的耐腐蝕能力，不易與所用的潤(rùn)滑材料起腐蝕性反應(yīng)，表面進(jìn)行耐腐蝕處理第七十一頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四潤(rùn)滑劑的選擇潤(rùn)滑的主要作用之一是降低磨損，所以要針對(duì)可能存在的磨損狀況選擇合適的潤(rùn)滑劑。應(yīng)當(dāng)提醒注意的是：有的潤(rùn)滑劑可能對(duì)抗粘著磨損有利，但卻會(huì)引起更嚴(yán)重的氧化磨損。如含極壓添加劑的潤(rùn)滑劑。因此選用時(shí)一定要權(quán)衡利弊。第七十二頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四表面粗糙度根據(jù)潤(rùn)滑狀態(tài)（如流體潤(rùn)滑、邊界潤(rùn)滑、固體潤(rùn)滑）的不同，選擇合適的粗糙度。表面紋理化第七十三頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四機(jī)械結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等方面控制磨損如設(shè)計(jì)盡量用大面積接觸，減小接觸應(yīng)力、減少磨損。有例外，如超高分子量聚乙烯。第七十四頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四表面溫升和冷卻材料的溫升是導(dǎo)致摩擦副失效的重要原因，因此改善冷卻條件，盡快降低摩擦面的溫度是十分重要的。如選用導(dǎo)熱性能良好的材料，加大潤(rùn)滑劑流量，增大強(qiáng)制散熱面積和增添散熱裝置等。第七十五頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四2、防磨措施潤(rùn)滑選用耐磨材料進(jìn)行表面改性第七十六頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四潤(rùn)滑潤(rùn)滑是防磨的有效手段。改善潤(rùn)滑技術(shù)，包括正確運(yùn)用潤(rùn)滑原理，合理設(shè)計(jì)潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑系統(tǒng)，研制開(kāi)發(fā)新型有效的潤(rùn)滑材料等等。但必須注意的是：某種手段對(duì)某工況下適用、有效，并不等于它對(duì)任何工況都適用。第七十七頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四選用耐磨材料根據(jù)不同的磨損類型來(lái)選擇耐磨材料和摩擦副配對(duì)。第七十八頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四進(jìn)行表面改性使用整體耐磨材料通常比較昂貴，另外，有些性能能滿足耐磨，但不能滿足摩擦元件對(duì)強(qiáng)度、剛度、韌性等要求。采用表面改性的方法，可以充分發(fā)揮材料表面和芯部不同的作用。第七十九頁(yè)，共八十八頁(yè)，編輯于2023年，星期四表面改性的目的：1、降低摩擦力：改善負(fù)荷分布及接觸狀態(tài)。改性后的表面應(yīng)具有低剪切強(qiáng)度和潤(rùn)滑作用。通常用（施加）與原表面不同的各種涂（鍍）層，如：粘結(jié)