三、磨粒磨损

1、磨粒磨损示意图磨粒磨损示意图三、磨粒磨损 磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损。磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损。是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子凸起或在接触面间存在硬质粒子(从外从外界进入或从表面剥落界进入或从表面剥落)时产生的磨损。时产生的磨损。前者称两体磨粒磨损前者称两体磨粒磨损,如锉削过程；后如锉削过程；后者称三体磨粒磨损者称三体磨粒磨损,如抛光过程。依据如抛光过程。依据磨粒受的应力大小磨粒受的应力大小,磨粒磨损可分为凿磨粒磨损可分为凿削式削式,高应力碾碎式高应力碾碎式,低应力擦伤式低应力擦伤式3类。类。磨粒磨损的主要特征磨粒磨损的主

2、要特征磨粒磨损的主要特征是摩擦面上有擦伤或因明磨粒磨损的主要特征是摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽。显犁皱形成的沟槽。磨粒磨损表面微观典型形貌磨粒磨损表面微观典型形貌磨粒磨损机理磨粒磨损机理 法向力形成压痕法向力形成压痕, ,切向力推动磨粒向前进。切向力推动磨粒向前进。 磨粒形状与位向适当时磨粒形状与位向适当时, , 磨粒似刀具切削表面磨粒似刀具切削表面, ,切痕长而浅。切痕长而浅。 当磨粒较圆钝或材料表面塑性较高时当磨粒较圆钝或材料表面塑性较高时, ,磨粒滑磨粒滑过后仅犁出沟槽过后仅犁出沟槽, ,两侧材料沿沟槽两侧堆积两侧材料沿沟槽两侧堆积, , 随后随后的摩擦又会将堆积的部分压平的摩擦

3、又会将堆积的部分压平, ,如此反复地塑性变如此反复地塑性变形形, ,堆积堆积, ,压平压平, ,便导致裂纹形成并引起剥落。便导致裂纹形成并引起剥落。 对碾碎性磨粒磨损对碾碎性磨粒磨损, , 磨粒对摩擦表面的作用主磨粒对摩擦表面的作用主要是使材料表面产生应力集中要是使材料表面产生应力集中, ,韧性材料反复塑性韧性材料反复塑性变形变形, ,导致疲劳破坏及脆性材料表面产生脆断。导致疲劳破坏及脆性材料表面产生脆断。磨粒磨损过程中存在塑性变形和断裂两种去除机理。当磨粒与塑性材料表面接触时，主要发生显微切削、显微犁沟两种塑性变形的磨损方式。当磨粒和脆性材料表面(如玻璃、陶瓷和碳化物等)接触时，主要以表面断

4、裂破坏为主。 磨粒磨损过程中材料的去除机理磨粒磨损过程中材料的去除机理 塑性变形和断裂两种方式塑性变形和断裂两种方式切削作用的磨粒磨损模型切削作用的磨粒磨损模型(塑性变形塑性变形)磨粒磨损的估算磨粒磨损的估算(塑性变形塑性变形)223rHrPsc被切削下来的软材料体积，即为磨损量被切削下来的软材料体积，即为磨损量W，可表示为，可表示为:tantan2212LrLrrW将式将式r2代入上式得，可表示为代入上式得，可表示为:HPLKPLWsctan3tanK为系数。可见磨粒磨损量为系数。可见磨粒磨损量w与接触压力与接触压力P,滑动距离滑动距离L成正比成正比,与与材料硬度材料硬度H成反比成反比,与硬

5、材料凸出部份或磨粒形状与硬材料凸出部份或磨粒形状 有关。有关。 断裂方式： V=KP5/4d1/2KIC-3/4H-1/2L KIC：断裂韧性磨粒磨损的估算磨粒磨损的估算(断裂方式断裂方式)2. 磨粒磨损过程的影响因素 (1)磨粒特性的影响 磨粒的硬度、形状和粒度对材料的磨损过程均有影响。硬度Ha/Hm1.2 硬磨粒磨损；1Ha/Hm1.2 线性磨损b. 形状和粒度(2)材料力学性能与微观组织的影响 材料耐磨粒磨损性能主要决定于其硬度，尤其是磨损后材料的表面硬度，而与其它力学性能无必然关系。 (3)工况和环境条件的影响 工况与环境条件的影响因素主要指速度、载荷、磨损距离、磨粒冲击角，以及环境湿

6、度、温度和腐蚀介质等。 各种材料的磨粒磨各种材料的磨粒磨损相对耐磨性损相对耐磨性四、疲劳磨损四、疲劳磨损 1. 现象与特征现象与特征 接触疲劳是两接触材料作滚动或滚动加滑动接触疲劳是两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时摩擦时, ,交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤损伤, ,局部区域出现小片或小块状材料剥落局部区域出现小片或小块状材料剥落, ,而使而使材料磨损的现象材料磨损的现象, , 故又称表面疲劳磨损或麻点磨故又称表面疲劳磨损或麻点磨损损, ,是齿轮、滚动轴承等工件常见的磨损失效形式。是齿轮、滚动轴承等工件常见的磨损失效形式。 接触疲劳的宏观形态特征是

7、接触疲劳的宏观形态特征是: :接触表面出现许接触表面出现许多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑( (麻坑麻坑),),有的有的凹坑较深凹坑较深, ,底部有疲底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹。劳裂纹扩展线的痕迹。接触疲劳的基本类型接触疲劳的基本类型 根据剥落裂纹起始位置及形态的差异，接触疲劳根据剥落裂纹起始位置及形态的差异，接触疲劳破坏分为三类。破坏分为三类。 麻点剥落麻点剥落( (点蚀点蚀),),剥落深度剥落深度0.10.1 0.2mm0.2mm，剥块形，剥块形状为不对称状为不对称V V型针状或痘状凹坑。型针状或痘状凹坑。 浅层剥落浅层剥落, ,剥落深度一般为剥落深度一般为

8、0.2mm0.2mm 0.4mm,0.4mm,剥块剥块底部大致与表面平行底部大致与表面平行, ,裂纹沿与表面成锐角或直角扩裂纹沿与表面成锐角或直角扩展。展。 深层剥落深层剥落( (表面压碎表面压碎),),剥落深度与表面强化层深剥落深度与表面强化层深相当相当( (0.4mm),0.4mm),剥落时裂纹垂直于表面扩展。剥落时裂纹垂直于表面扩展。 接触疲劳也经历了裂纹形成与扩展两阶段。裂接触疲劳也经历了裂纹形成与扩展两阶段。裂纹形成过程长纹形成过程长, ,扩展阶段仅占总破坏时间的很小部分。扩展阶段仅占总破坏时间的很小部分。2.接触应力接触应力 两物体相互接触时两物体相互接触时, ,在局部表面产生的在

9、局部表面产生的压应力称为接触应力压应力称为接触应力, ,也叫赫兹应力。接触也叫赫兹应力。接触应力分为线接触与点接触两类，前者如齿应力分为线接触与点接触两类，前者如齿轮的接触轮的接触, ,后者如滚珠轴承的接触。后者如滚珠轴承的接触。a.线接触线接触 两物体受压力接触时，在对称中心(y=0)，距表面深度为0.786b处将产生最大切应力tyzyz4545maxmax ，方向与接触面相交45。两物体一旦脱离接触, ,该值即刻降为零。在连续滚动过程中切应力交替变化着，为0tyzyz4545maxmax脉动循环应力, ,应力半幅为1/2tyz45max=0.15zmax。沿接触深度的最大切应力分布沿接触深度的最大切应力分布b.点接触应力点接触应力322max388. 0RPEz 以上讨论均为纯滚动情况,若两接触物体既滚动又滑动,切向摩擦力与接触应力共同作用将改变接触区的应力分布。当摩擦系数m0.2时,最大综合切应力位置移到材料表面,此时的接触疲劳裂纹也移到机件表面产生。3.接触疲劳的过程接触疲劳的过程 (1)(1)麻点剥落麻点剥落(2)浅层剥落浅层剥落 (3)深层剥落深层剥落五、 其他磨损 腐蚀磨损 腐蚀速率取决于腐蚀特性和磨损过程。 冲蚀磨损 脆性和延性两种磨损机制。六、提高零件耐磨性的途径工程结构的合理设计零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择正确选材材料