磨損及磨損原理-第一講

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1、磨損及磨損原理——第一講一.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(xué)磨損六.磨損的轉(zhuǎn)化與復(fù)合題綱第一節(jié)概述任何機器運轉(zhuǎn)時，相互接觸的零件之間都將因相對運動而產(chǎn)生摩擦，而磨損正是由于摩擦產(chǎn)生的結(jié)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(xué)科特別是從材料的工程應(yīng)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)1.1磨損研究的重要性與摩擦相比，磨損要復(fù)雜得多。對大

2、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(yuǎn)遠(yuǎn)不如摩擦。對機器磨損的預(yù)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(fù)雜，它包括工作條件、環(huán)境因素、介質(zhì)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(xué)、機械性能等，了解影響因素有利于實現(xiàn)對磨損的控制。1.2磨損研究的進(jìn)展磨損的研究工作開展得較遲，本世紀(jì)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

3、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(jì)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(shù)、鐵譜技術(shù)等大量的綜合的應(yīng)用，使得磨損研究在磨損力學(xué)、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(nèi)進(jìn)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

4、能途徑。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(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象。表面物質(zhì)運動主要包括機械運動、化學(xué)作用和熱作用。(1)機械作用使摩擦表面發(fā)生物質(zhì)損失及摩擦表面變形。(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。定義說明①磨損并不局限于機械作用，由于伴同化學(xué)作用而產(chǎn)生的腐蝕磨損；由于界面放電作用而引起物質(zhì)轉(zhuǎn)移的電火花磨損；以及由于伴同熱效應(yīng)而造成的熱磨損等現(xiàn)象都在磨損的范圍之內(nèi)；②定義強調(diào)磨損是相對運動中所產(chǎn)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

5、不屬于磨損研究的范疇；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(nèi)；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(zhuǎn)移(材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面上去)，破壞包括產(chǎn)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。1.4磨損的危害：(1)影響機器的質(zhì)量，減低設(shè)備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，破壞了漸開線齒形，傳動中導(dǎo)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(dǎo)致功率不能充分發(fā)揮

6、。(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(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(shù)與實驗分析方法。表面被磨平，實際接觸面積不斷增大，表面應(yīng)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(zhì)量惡化，機件

7、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: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(nèi)單位載荷下材料的磨損量的表示1.7磨損類型1、磨損類型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(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，

8、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(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)小的磨粒滑痕。劃傷低倍可觀