摩擦磨損過(guò)程和磨損形式

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1、摩擦磨損過(guò)程和磨損形式錢(qián)洪新[摘要]在機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件之間總是伴隨著摩擦而產(chǎn)生磨損。磨損通常是不希望出現(xiàn)的，它是消極的、不利的。本文闡述了摩擦磨損過(guò)程；分析了摩擦的種類和摩擦磨損的四種基本形式；揭示了摩擦磨損的規(guī)律。[關(guān)鍵詞]摩擦磨損摩擦分類磨損形式磨損規(guī)律機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)都是由運(yùn)動(dòng)副零件的配合表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而配合表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)必然伴隨著摩擦而產(chǎn)生磨損。在摩擦過(guò)程中，摩擦表面發(fā)生了尺寸、形狀和表面質(zhì)量的變化稱為磨損。摩擦磨損是發(fā)動(dòng)機(jī)零件最常見(jiàn)的一種損傷形式，是機(jī)器縮短使用壽命、喪失工作能力、影響

2、安全可靠工作的主要因素之一。一、摩擦磨損過(guò)程摩擦磨損與摩擦表面形貌有關(guān)。由于表面粗糙度的存在，兩摩擦表面僅僅是在少數(shù)孤立點(diǎn)上發(fā)生接觸，這時(shí)，法向載荷便由這些點(diǎn)上發(fā)生接觸。接觸面積越小，法向應(yīng)力越大。當(dāng)法向應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，接觸點(diǎn)就產(chǎn)生塑性變形。在塑性變形的同時(shí)，接觸點(diǎn)處金屬表面上的氧化膜也被壓碎或剪切掉。這時(shí)，接觸點(diǎn)金屬分子間相互吸引力增大，有可能相互擴(kuò)散而熔合在一起。我們把熔合在一起的現(xiàn)象稱為冷焊。當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，由于剪切而使冷焊點(diǎn)破裂。以后又在接觸點(diǎn)發(fā)生塑性變形、冷焊和破裂，直到真實(shí)接觸面積增大到

3、足以支承法向載荷時(shí)為止。這時(shí)，表面硬度增加了，表面粗糙度也有所提高了。摩擦磨損過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。當(dāng)金屬產(chǎn)生塑性變形時(shí)，要釋放熱量，因此，在摩擦表面上的溫度要比基體金屬的溫度高得多。當(dāng)溫度高于再結(jié)晶溫度時(shí)，因變形而引起的表面強(qiáng)化現(xiàn)象將消失；當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，金屬被軟化，摩擦表面金屬分子相互粘結(jié)；當(dāng)溫度升高到相變溫度，摩擦表面金屬就會(huì)產(chǎn)生相變，強(qiáng)度和硬度也大大降低。在摩擦磨損過(guò)程中，摩擦表面還要與周?chē)橘|(zhì)起作用。例如當(dāng)氧化膜被壓碎或前切后，裸露的金屬表面迅速與氧氣起化學(xué)反應(yīng)，形成新的氧化膜。氧化膜和基體金屬的結(jié)合力

4、較弱，容易被壓碎或剪切。另外，空氣中的水分和潤(rùn)滑油中的硫分均能與摩擦表面起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化合物，加劇摩擦表面的磨損。因此，摩擦磨損過(guò)程就是由于機(jī)械和化學(xué)的作用，使物質(zhì)從表面不斷損失或產(chǎn)生殘余變形的過(guò)程。一、摩擦分類按摩擦面之間有無(wú)潤(rùn)滑材料及潤(rùn)滑劑的存在狀態(tài)將摩擦分為干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦和混合摩擦?！　?、干摩擦　　摩擦面之間沒(méi)有潤(rùn)滑劑存在時(shí)發(fā)生的摩擦稱為干摩擦。干摩擦的發(fā)生有許多理論解釋，常用的是所謂“粘著—機(jī)械嚙合”學(xué)說(shuō)。由于物體之間摩擦面的微觀狀態(tài)是凹凸不平的，摩擦面之間的接觸不發(fā)生在整個(gè)接觸面上，摩擦只

5、是發(fā)生在摩擦面之間凸峰與凸峰正好相對(duì)的地方，物體之間的正壓力實(shí)際上只由占摩擦面很小部分的實(shí)際接觸面積承受。由于這些凸峰與凸峰相接觸的點(diǎn)受到相當(dāng)大的壓力而產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)了粘著現(xiàn)象，使凸峰與凸峰就好像被“熔焊”在一起。當(dāng)物體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了將這些“熔焊”在一起的點(diǎn)撕裂所需要的力，就構(gòu)成了摩擦力的主要部分。此外，還存在著一個(gè)摩擦面上的凸峰正好嵌入另一個(gè)摩擦面上的凹谷的情況，當(dāng)物體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生機(jī)械嚙合阻力，這是摩擦力的又一個(gè)來(lái)源。因而物體之間發(fā)生干摩擦?xí)r，其摩擦力是“熔焊”點(diǎn)造成的粘著阻力與“凹凸體”機(jī)械嚙合

6、阻力之和。　　干摩擦是有害的，主要表現(xiàn)在能量的損失（如轉(zhuǎn)為熱能）和機(jī)件的磨損上（如溫度升高導(dǎo)致材料表面抗磨性及強(qiáng)度降低同時(shí)有磨屑的產(chǎn)生）?！　?、邊界摩擦　　邊界摩擦亦稱為邊界潤(rùn)滑，是指物體之間摩擦面上存在一層由潤(rùn)滑劑構(gòu)成的邊界膜發(fā)生的摩擦。邊界膜的性質(zhì)是影響邊界摩擦的主要因素，按其形成方式，可分為吸附膜和反應(yīng)膜兩類。吸附膜是通過(guò)物理因素（分子吸引）或化學(xué)因素（電子交換產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)合力），使?jié)櫥瑒┲械臉O性分子產(chǎn)生定向排列形成的一層膜；反應(yīng)膜則是由含硫、磷、氯等元素的潤(rùn)滑油添加劑與摩擦表面起化學(xué)反應(yīng)，所生成的新的物質(zhì)

7、而構(gòu)成的一層膜。在邊界潤(rùn)滑作用比較充分，即形成的分子?xùn)庞休^大的承載能力和長(zhǎng)度時(shí)，摩擦僅發(fā)生在邊界膜之間，摩擦系數(shù)僅與摩擦面的性質(zhì)（材質(zhì)、幾何形狀等）和潤(rùn)滑劑的油性有關(guān)，也就是說(shuō)摩擦系數(shù)與摩擦面潤(rùn)滑劑之間形成極性分子?xùn)诺哪芰头肿訓(xùn)疟旧淼某休d能力有關(guān)，而與潤(rùn)滑油的粘度大小無(wú)關(guān)。當(dāng)邊界潤(rùn)滑作用較差時(shí)，某些部位的邊界膜被破壞，造成摩擦面的直接接觸，從而形成干摩擦，使摩擦系數(shù)增大?！　∥侥さ姆€(wěn)定性較差，在一定溫度下，定向排列的極性分子會(huì)因熱運(yùn)動(dòng)而變得雜亂無(wú)章，甚至從摩擦面上脫落下來(lái)，使得吸附膜失去承載能力，潤(rùn)滑作用大大減

8、小。反應(yīng)膜較吸附膜穩(wěn)定得多，因?yàn)樵诟邷叵禄瘜W(xué)反應(yīng)的速度加快，更有利于生成新的物質(zhì)來(lái)加強(qiáng)反應(yīng)膜，所以反應(yīng)膜適于重載低速和高溫的條件。但是生成反應(yīng)膜時(shí)，一般伴隨著對(duì)金屬有腐蝕性。　　3.液體摩擦　　液體摩擦亦稱為液體潤(rùn)滑，當(dāng)物體之間的接觸面被潤(rùn)滑油膜完全隔開(kāi)時(shí)，物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦叫液體摩擦。液體摩擦?xí)r，物體之間的摩擦面沒(méi)有直接接觸，其間除了邊界潤(rùn)滑膜外，還