第十一章金屬的磨損與接觸疲勞ppt課件.ppt

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1、第十一章金屬的磨損與接觸疲勞11.1前言任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的零件之間都將因相對(duì)運(yùn)動(dòng)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。11.2摩擦及磨損的概念11.2.1摩擦兩個(gè)相互接觸的物體或物體與介質(zhì)之間在外力作用下，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或者具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，在接觸表面上所產(chǎn)生的阻礙作用稱為摩擦。這種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力稱為摩擦力。摩擦力的方向總是沿著接觸面的切線方向，跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。摩擦力(F)與施加在摩擦面上的法向壓力(P)之比稱為摩擦系數(shù)，以

2、μ表示，即μ=F/P。按照兩接觸面運(yùn)動(dòng)方式的不同，可以將摩擦分為：①滑動(dòng)摩擦：指的是一個(gè)物體在另一個(gè)物體上滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦。②滾動(dòng)摩擦：指的是物體在力矩作用下，沿接觸表面滾動(dòng)時(shí)的摩擦。11.2.2磨損及磨損的類型按環(huán)境和介質(zhì)可分為：流體磨損；濕磨損；干磨損。按表面接觸性質(zhì)可分為：金屬--流體磨損；金屬--金屬磨損；金屬--磨料磨損。目前比較常用的分類方法則是基于磨損的失效機(jī)制進(jìn)行分類，一般分為五類：①粘著磨損；②磨料磨損；③腐蝕磨損；④微動(dòng)磨損；⑤表面疲勞磨損(接觸疲勞)。磨損類型并非固定不變，在不同的外部條件和材料具有不同特性情況下，損傷機(jī)制會(huì)發(fā)

3、生轉(zhuǎn)化，由一種損傷機(jī)制變成另一種損傷機(jī)制。該機(jī)主要以滑動(dòng)摩擦形式，在浸油潤滑條件下，評(píng)定各種金屬、非金屬材料及涂層的磨損性能研究。該機(jī)可以測(cè)定摩擦力、計(jì)算摩擦系數(shù)，連接計(jì)算機(jī)，記錄溫度－時(shí)間曲線、摩擦力－時(shí)間曲線。該機(jī)配有高精度測(cè)量裝置，可測(cè)量摩擦副磨斑尺寸，或?qū)崿F(xiàn)摩擦副磨斑的計(jì)算機(jī)屏幕顯、測(cè)量和記錄。材料特性包括：①金屬與氧的化學(xué)親和力以及形成的氧化膜性質(zhì)；②金屬在常溫和高溫下抗粘著能力；③金屬的力學(xué)性能；④金屬的耐熱性；⑤金屬與潤滑劑相互作用的能力。在摩擦過程中，零件表面還將發(fā)生一系列物理、化學(xué)和力學(xué)狀態(tài)的變化。如因材料塑性變形而引起表層硬化和

4、應(yīng)力狀態(tài)的變化；因摩擦熱和其它外部熱源作用下而發(fā)生的相變、淬火、回火以及回復(fù)再結(jié)晶等；因與外部介質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的吸附作用。11.2.3耐磨性評(píng)價(jià)表示磨損量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸減少量來表，稱為線磨損量；也可用體積和重量法來表示，分別稱為體積磨損量和重量磨損量。由于上述磨損量是摩擦行程或時(shí)間的函數(shù)，因此，也可用耐磨強(qiáng)度或耐磨率表示其磨損特性，前者指單位行程的磨損量，單位為μm/m或mg/m;后者指單位時(shí)間的磨損量,單位為μm/hr或mg/hr。還經(jīng)常用磨損量的倒數(shù)和相對(duì)耐磨性（ε）表示所研究材料的耐磨性。ε（11-1）11.3磨損試驗(yàn)方法

5、11.4磨損機(jī)制及影響因素11.4.1粘著磨損粘著磨損又稱擦傷，咬合磨損。由于零件表面某些接觸點(diǎn)在高的局部壓力下發(fā)生粘合，在相互滑動(dòng)時(shí)，粘著點(diǎn)又被剪切分開，接觸面上有金屬磨屑被拉拽出來，這種過程反復(fù)進(jìn)行很多次，便導(dǎo)致了表面的損傷。形成機(jī)理：由于表面存在微觀不平，表面的接觸發(fā)生在微凸體處，在一定載荷作用下，接觸點(diǎn)處發(fā)生塑性變形，使其表面膜被破壞，兩摩擦表面金屬直接接觸形成粘結(jié)點(diǎn)（固相焊合）；摩擦熱產(chǎn)生使接觸點(diǎn)處熔化和熔合（熱磨損）；由于粘著點(diǎn)與摩擦副雙方材料機(jī)械性能的差別，當(dāng)粘著部分脫離時(shí)，可能出現(xiàn)兩種情況：⑴外部粘著；粘著點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副雙方

6、材料的強(qiáng)度低時(shí)，從粘著點(diǎn)分界面脫離，機(jī)體內(nèi)部變形小，沒有明顯粘著現(xiàn)象。氣缸壁與活塞環(huán)潤滑不良時(shí)，將或多或少產(chǎn)生此種磨損；⑵內(nèi)部粘著；粘著點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副的一方強(qiáng)度高，此時(shí)脫離面發(fā)生在原子結(jié)合力較弱的金屬內(nèi)部，大塊磨粒從基體被撕裂后而導(dǎo)致粘著磨損。發(fā)動(dòng)機(jī)的拉缸、抱瓦等；局部粘著（冷焊）粘著處被撕掉金屬表面被劃傷或者金屬屑粒脫落局部接觸接觸面積小應(yīng)力大潤滑油膜、氧化膜被擠破特點(diǎn)在滑動(dòng)摩擦條件上產(chǎn)生；摩擦副的兩種金屬力學(xué)性能相差不大；磨損速度大，10～15μm/h，破壞嚴(yán)重。防止措施合理選材，摩擦幅配對(duì)材料選用硬度差較大的異類材料；提高表面硬度；合理

7、設(shè)計(jì)減小接觸壓應(yīng)力；減小表面粗糙度。11.4.2磨料磨損磨料磨損是指硬的磨粒或凸出物對(duì)零件表面的摩擦過程中，使材料表面發(fā)生磨耗的現(xiàn)象。這種磨?；蛲钩鑫镆话阒甘ⅲ巴?，礦石等非金屬磨料，也包括零件本身磨損產(chǎn)物隨潤滑油進(jìn)入摩擦面而形成的磨粒。磨料磨損的失效機(jī)理（假說）金屬表面發(fā)生局部塑性變形磨粒嵌入金屬表面，切割金屬表面表面被劃傷磨料硬度的影響：材料的硬度：為減少磨損當(dāng)材料表面硬度是磨粒硬度的1.3倍時(shí)，磨損量是最小的；磨料尺寸的影響磨料尺寸增大，磨損量增加，但當(dāng)尺寸增加到一定值后，磨損量不再增加，過大的磨?？梢酝钩鲇诒砻?，起到阻止其它磨料對(duì)表面進(jìn)行

8、顯微切削的作用。特點(diǎn)提高表面硬度（從選材方面）；減少磨粒數(shù)量（從工作狀況方面）。防止措施普遍存在于機(jī)件中；磨損速度較大，0