第八章 材料的摩擦与磨损性能

1、第八章第八章 材料的摩擦与磨损性能材料的摩擦与磨损性能任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗生的结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用寿命。寿命。材料性能学材料性能学近二三十年国外把摩擦、润滑和磨损，构成近二三十年国外把摩擦、润滑和磨损，构成了一门独立的边缘学科叫了一门独立的边缘学科叫摩擦学摩擦学。但从材料。但从材料学科特别是从材料的工程应用来看，人们更学科

2、特别是从材料的工程应用来看，人们更重视研究材料的磨损。据不完全统计，世界重视研究材料的磨损。据不完全统计，世界能源的能源的1 13 31 12 2消耗于摩擦，而机械零件消耗于摩擦，而机械零件8080失效原因是磨损。失效原因是磨损。材料性能学材料性能学8.1 8.1 摩擦与磨损的基本概念摩擦与磨损的基本概念8.1.1 8.1.1 摩擦定义摩擦定义 两个相互接触的物体或物体与介质之间在外力作两个相互接触的物体或物体与介质之间在外力作用下，发生相对运动，或者具有相对运动的趋势时，用下，发生相对运动，或者具有相对运动的趋势时，在接触表面上所产生的阻碍作用称为摩擦。这种阻碍在接触表面上所产生的阻碍作用称

3、为摩擦。这种阻碍相对运动的阻力称为摩擦力。相对运动的阻力称为摩擦力。 摩擦有利有害，但多数情况下是不利的。例如，摩擦有利有害，但多数情况下是不利的。例如，机械运转时的摩擦，造成能量的无益的损耗和机器寿机械运转时的摩擦，造成能量的无益的损耗和机器寿命的缩短，并降低机器效率。通常要减小摩擦。摩擦命的缩短，并降低机器效率。通常要减小摩擦。摩擦优势不可缺少的，如，人的行走、汽车的行驶都必须优势不可缺少的，如，人的行走、汽车的行驶都必须依靠脚或车轮与地面的摩擦。依靠脚或车轮与地面的摩擦。摩擦力的方向总是沿着接触面的切线方向，跟摩擦力的方向总是沿着接触面的切线方向，跟物体相对运动方向相反，阻碍物体间的相对

4、运物体相对运动方向相反，阻碍物体间的相对运动。动。摩擦力摩擦力(F)(F)与施加在摩擦面上的法向压力与施加在摩擦面上的法向压力(P)(P)之之比称为摩擦系数，以比称为摩擦系数，以表示表示 =F/P=F/P。材料性能学材料性能学2. 2. 摩擦的机理摩擦的机理（1）凸凹啮合说）凸凹啮合说 1699年阿蒙顿和海亚等当两个凹凸不平的表面接年阿蒙顿和海亚等当两个凹凸不平的表面接触时，凹凸部分彼此交错啮合，在发生相对运动时，触时，凹凸部分彼此交错啮合，在发生相对运动时，互相交错啮合的凹凸部分阻碍物体的运动。摩擦力就互相交错啮合的凹凸部分阻碍物体的运动。摩擦力就是所有啮合点切向阻力的总和。接触表面越粗糙，

5、摩是所有啮合点切向阻力的总和。接触表面越粗糙，摩擦力和摩擦系数越大。擦力和摩擦系数越大。（2）黏附说）黏附说最早英国学者德萨左利厄斯于最早英国学者德萨左利厄斯于1734年提出，认为两年提出，认为两个表面抛的很光的金属，摩擦会增大，可以用两个物个表面抛的很光的金属，摩擦会增大，可以用两个物体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。（3）新的摩擦黏附论。）新的摩擦黏附论。材料性能学材料性能学新的摩擦粘附论认为，两个相互接触的表面，无论做得多么光滑，从原新的摩擦粘附论认为，两个相互接触的表面，无论做得多么光滑，从原子尺度看，还是粗糙的，有许多微小的凸

6、起，把这样的两个表面放在一子尺度看，还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放在一起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有10-8m或或更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度，超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度，微凸起的顶部便发生塑性

7、形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着的接触面上产生了原子性黏合。这时，要使两个彼此接触的表面发生相的接触面上产生了原子性黏合。这时，要使两个彼此接触的表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。人们通过不断试验和分析

8、计算，发现上述两种理论提出的机理都能产生人们通过不断试验和分析计算，发现上述两种理论提出的机理都能产生摩擦，其中粘附理论提的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上，摩擦，其中粘附理论提的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上，两种机理的表现有所偏向：金属材料，产生的摩擦以粘附作用为主；而两种机理的表现有所偏向：金属材料，产生的摩擦以粘附作用为主；而对木材，产生的摩擦以啮合作用为主；实际上，关于摩擦力的本质，目对木材，产生的摩擦以啮合作用为主；实际上，关于摩擦力的本质，目前尚未有定论，仍在深入讨论中。前尚未有定论，仍在深入讨论中。材料性能学材料性能学8.1.2 8.1.2 磨损磨损1.1.磨损的

9、定义与分类磨损的定义与分类机件表面相接触并做相对运动时，表面逐渐有微小颗机件表面相接触并做相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不相同的粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不相同的碎屑），使表面材料逐渐流失（导致机件尺寸变化和碎屑），使表面材料逐渐流失（导致机件尺寸变化和质量损失）、造成表面损伤的现象即为磨损。质量损失）、造成表面损伤的现象即为磨损。 磨损主要是力学作用引起的，但并非单一力学过磨损主要是力学作用引起的，但并非单一力学过程。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理和化学程。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理和化学作用，因此摩擦副材料、润滑条件、加载方式

10、和大小作用，因此摩擦副材料、润滑条件、加载方式和大小、相对运动特性（方式和速度）以及工作温度等诸多、相对运动特性（方式和速度）以及工作温度等诸多因素均影响磨损量的大小，所以，磨损也是一个系统因素均影响磨损量的大小，所以，磨损也是一个系统过程。过程。材料性能学材料性能学磨损是一种十分复杂的微观动态过程，影响因素甚多磨损是一种十分复杂的微观动态过程，影响因素甚多，因此关于磨损分类方法也较多。最常见的，因此关于磨损分类方法也较多。最常见的磨损分类磨损分类是按磨损机理来分类，即粘着磨损、磨料磨损、冲蚀是按磨损机理来分类，即粘着磨损、磨料磨损、冲蚀磨损、微动磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。磨损、微动磨损、疲

11、劳磨损、腐蚀磨损等。 磨损造成的经济损失：磨粒磨损磨损造成的经济损失：磨粒磨损50%、黏着磨损、黏着磨损15%、冲蚀磨损和微动磨损各、冲蚀磨损和微动磨损各8%、腐蚀磨损、腐蚀磨损5%。 实际工况中，材料的磨损往往不只是一种机理在实际工况中，材料的磨损往往不只是一种机理在起作用，而是几种机理同时存在，只不过是某一种机起作用，而是几种机理同时存在，只不过是某一种机理起主要作用而已。而当条件变化时，磨损也会发生理起主要作用而已。而当条件变化时，磨损也会发生变化，会以一种机理为主转变为以另一种机理为主。变化，会以一种机理为主转变为以另一种机理为主。这就要求我们对实际的磨损情况要具体地加以分析，这就要求

12、我们对实际的磨损情况要具体地加以分析，找出主要的磨损方式或磨损机理找出主要的磨损方式或磨损机理材料性能学材料性能学磨损过程试样表面粗试样表面粗糙的峰接触糙的峰接触，实际接触，实际接触面积小，磨面积小，磨损较大，随损较大，随着跑合的进着跑合的进行，实际接行，实际接触面积增加触面积增加磨损恒定，工件磨损恒定，工件的服役阶段的服役阶段磨损间隙加磨损间隙加大，磨耗严大，磨耗严重，工件表重，工件表面质量差，面质量差，振动严重振动严重材料性能学材料性能学：磨合阶段：磨合阶段出现在摩擦副的初始运动阶段出现在摩擦副的初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，由于表面存在粗糙度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度快

13、。微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度快。 在一在一定载荷作用下，摩擦表面逐渐磨平，实际接触面积逐定载荷作用下，摩擦表面逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度逐渐减慢，如图所示。渐增大，磨损速度逐渐减慢，如图所示。材料性能学材料性能学稳定磨损阶段：稳定磨损阶段：出现在摩擦副的正常运行阶段。出现在摩擦副的正常运行阶段。经过跑合，摩擦表面加经过跑合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，实际接触面积增大，压强工硬化，微观几何形状改变，实际接触面积增大，压强降低，从而降低，从而建立了弹性接触的条件建立了弹性接触的条件，这时磨损已经稳定，这时磨损已经稳定下来，如图所示，下来，如图所示，磨损量随时间增

14、大缓慢增大磨损量随时间增大缓慢增大。材料性能学材料性能学 剧烈磨损阶段：剧烈磨损阶段：由于摩擦条件发生较大的变化由于摩擦条件发生较大的变化( (如如温度的急剧增高，金属组织的变化等温度的急剧增高，金属组织的变化等) )，磨损速度急，磨损速度急剧增加。这时机械效率下降，精度降低，出现异常的剧增加。这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪音及振动，最后导致零件完全失效。噪音及振动，最后导致零件完全失效。* * * 从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的使用寿命，应尽量延长使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段稳定磨损阶段”。材料性能学材料性能学 2. 2. 耐

15、磨性耐磨性耐磨性是材料抵抗磨损的性能，这是一个系统性质。通常用磨耐磨性是材料抵抗磨损的性能，这是一个系统性质。通常用磨损量来表示材料的耐磨性，磨损量越小，耐磨性越高。损量来表示材料的耐磨性，磨损量越小，耐磨性越高。表示磨损量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸减少量来表，表示磨损量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸减少量来表，称为线磨损量；称为线磨损量；也可用体积和重量法来表示，分别称为体积磨损量和重量磨损也可用体积和重量法来表示，分别称为体积磨损量和重量磨损量。量。测量单位摩擦距离、单位压力下的磨损量，则称为比磨损量。测量单位摩擦距离、单位压力下的磨损量，则称为比磨损量。失重法的磨损量单位是失重法

16、的磨损量单位是mg/(cm2.1000m)mg/(cm2.1000m)，表示则，表示则1000m1000m行程上行程上每每cm2cm2面积的失重面积的失重mgmg数。数。相对耐磨性（相对耐磨性（）表示所研究材料的耐磨性。）表示所研究材料的耐磨性。材料性能学材料性能学8.2 磨损模型磨损模型8.2.1 8.2.1 黏着磨损黏着磨损1.1.定义与分类定义与分类粘着磨损又称咬合磨损。由于零件表面某些接触点在高粘着磨损又称咬合磨损。由于零件表面某些接触点在高的局部压力下发生粘合，在相互滑动时，粘着点又被剪的局部压力下发生粘合，在相互滑动时，粘着点又被剪切分开，接触面上有金属磨屑被拉拽出来，这种过程反切

17、分开，接触面上有金属磨屑被拉拽出来，这种过程反复进行很多次，便导致了表面的损伤。复进行很多次，便导致了表面的损伤。 材料性能学材料性能学v粘着磨损多发生在粘着磨损多发生在摩擦副摩擦副相对滑动速度小、接触面相对滑动速度小、接触面氧化膜脆弱、润滑较差、接触应力大的滑动摩擦条氧化膜脆弱、润滑较差、接触应力大的滑动摩擦条件下件下.v当粘着点的结合强度低于两侧材料时，则沿接触面当粘着点的结合强度低于两侧材料时，则沿接触面剪断，磨损量小；剪断，磨损量小；v当粘着点的结合强度高于两侧材料时，剪断面发生当粘着点的结合强度高于两侧材料时，剪断面发生在强度小的材料上，被剪断的材料转移到强度高的在强度小的材料上，被

18、剪断的材料转移到强度高的材料上，软材料表面形成凹坑而硬材料表面形成凸材料上，软材料表面形成凹坑而硬材料表面形成凸起，磨损加剧。起，磨损加剧。v黏着磨损过程有材料转移，所以摩擦副一方金属表黏着磨损过程有材料转移，所以摩擦副一方金属表面常粘附一层很薄的转移膜，并伴有化学成分变化，面常粘附一层很薄的转移膜，并伴有化学成分变化，这是判断黏着磨损的重要特征。这是判断黏着磨损的重要特征。材料性能学材料性能学粘着磨损的形式：粘着磨损的形式：（1 1）轻微黏着磨损：粘着点的结合强度低于摩擦副材）轻微黏着磨损：粘着点的结合强度低于摩擦副材料强度，剪切发生则界面上，摩擦因数增大，但磨损料强度，剪切发生则界面上，摩

19、擦因数增大，但磨损却小，材料转移也不显著。通常金属表面有氧化膜、却小，材料转移也不显著。通常金属表面有氧化膜、硫化膜时或其他涂层时。硫化膜时或其他涂层时。（2 2）一般黏着磨损：当粘着点强度高于摩擦副中较）一般黏着磨损：当粘着点强度高于摩擦副中较软材料的剪切强度时，破坏将发生在离结合面不远软材料的剪切强度时，破坏将发生在离结合面不远的软材料表层内，因而软材料转移到硬材料表面上的软材料表层内，因而软材料转移到硬材料表面上。磨损因数与轻微黏着磨损差不多，但磨损程度加。磨损因数与轻微黏着磨损差不多，但磨损程度加重。重。材料性能学材料性能学（3）擦伤磨损）擦伤磨损 粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都

20、高。剪粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。剪切主要发生在软金属的表层内，有时也发生在硬金切主要发生在软金属的表层内，有时也发生在硬金属的表层内，转移到硬金属上的粘着物又刮削软金属的表层内，转移到硬金属上的粘着物又刮削软金属表面，使软金属表面出现划痕，所以擦伤主要发属表面，使软金属表面出现划痕，所以擦伤主要发生在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。生在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。（4） 咬合磨损咬合磨损 如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且粘着点面积较大时，剪切发生在对磨材料的基体内粘着点面积较大时，剪切发生在对磨材料的基体内，破坏发生在一

21、个或两个金属表层深的地方。此时，破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。此时两表面将出现严重磨损。甚至摩擦副之间咬死而不两表面将出现严重磨损。甚至摩擦副之间咬死而不能相对滑动能相对滑动材料性能学材料性能学2 2 粘着磨损模型粘着磨损模型由于摩擦热使局部达到很高温度，并使某些位由于摩擦热使局部达到很高温度，并使某些位置焊合起来。这种焊接叫显微焊接或冷焊。置焊合起来。这种焊接叫显微焊接或冷焊。材料性能学材料性能学材料性能学材料性能学辗轧平滑区特征辗轧平滑区特征微裂纹特征微裂纹特征材料性能学材料性能学 阿查德估算模型阿查德估算模型公式表明：粘着磨损所造成的体积磨损量和载公式表明：粘着磨损所造成的体积磨

22、损量和载荷及滑动距离成正比，与材料的硬度成反比。荷及滑动距离成正比，与材料的硬度成反比。式中式中K K称为粘着磨损系数，决定于摩擦条件和摩称为粘着磨损系数，决定于摩擦条件和摩擦副材料。当压力不超过钢的硬度的擦副材料。当压力不超过钢的硬度的1/31/3时，实时，实验证明这一公式所表示的规律是正确的。验证明这一公式所表示的规律是正确的。材料性能学材料性能学压力超过钢的屈服强度时，压力超过钢的屈服强度时，K K值急剧增大，磨损值急剧增大，磨损也急剧增大，结果造成大面积的焊合和咬死。此也急剧增大，结果造成大面积的焊合和咬死。此时整个表面发生塑性变形，接触面积不再与载荷时整个表面发生塑性变形，接触面积不

23、再与载荷成正比。成正比。材料性能学材料性能学3.3.影响粘着磨损的因素影响粘着磨损的因素(1)(1)脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。(2)(2)金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨损也越严重。反之，金属间互溶程度越小，晶损也越严重。反之，金属间互溶程度越小，晶体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较轻微。轻微。材料性能学材料性能学(3)(3)通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共渗通过表面化学热处

24、理，如渗硫、硫氮共渗、磷化、软氮化等热处理工艺，使表面生成一、磷化、软氮化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为硫化物，磷化物，含氮的化化合物薄膜，或为硫化物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系数减小，起到减磨作用也减小合物，使摩擦系数减小，起到减磨作用也减小粘着磨损。粘着磨损。(4)(4)改善润滑条件，如在润滑油中添加极压剂改善润滑条件，如在润滑油中添加极压剂。(5)(5)粘着磨损严重时表现为胶合。粘着磨损严重时表现为胶合。材料性能学材料性能学黏着磨损失效举例黏着磨损失效举例(1)(1)内燃机中的活塞环和缸套衬这一运动的摩擦内燃机中的活塞环和缸套衬这一运动的摩擦副，如不考虑燃气介质的腐蚀性，

25、主要表现为副，如不考虑燃气介质的腐蚀性，主要表现为粘着磨损。粘着磨损。(2)(2)正常情况下轴在滑动轴承中运转，是一流体正常情况下轴在滑动轴承中运转，是一流体润滑情况，轴颈和轴承间被一楔形油膜隔开，润滑情况，轴颈和轴承间被一楔形油膜隔开，这时其摩擦和磨损是很小的。但当机器启动或这时其摩擦和磨损是很小的。但当机器启动或停车，换向以及载荷运转不稳定时，或者润滑停车，换向以及载荷运转不稳定时，或者润滑条件不好，几何结构参数不恰当而不能建立起条件不好，几何结构参数不恰当而不能建立起可靠的油膜时，处于边界摩擦或干摩擦的工作可靠的油膜时，处于边界摩擦或干摩擦的工作状态，这时轴承就要考虑粘着磨损。状态，这时

26、轴承就要考虑粘着磨损。材料性能学材料性能学1. 1. 定义与分类定义与分类磨料磨损又称磨粒磨损，是当摩擦副一方表面存在坚硬的细微磨料磨损又称磨粒磨损，是当摩擦副一方表面存在坚硬的细微突起，或者在接触表面之间存在硬质粒子时所产生的一种磨损突起，或者在接触表面之间存在硬质粒子时所产生的一种磨损。指硬的磨粒或凸出物对零件表面的摩擦过程中，使材料表面。指硬的磨粒或凸出物对零件表面的摩擦过程中，使材料表面发生磨耗的现象。发生磨耗的现象。这种磨粒或凸出物一般指石英，这种磨粒或凸出物一般指石英，砂土，矿石等非金属磨料，也砂土，矿石等非金属磨料，也包括零件本身磨损产物随润滑包括零件本身磨损产物随润滑油进入摩擦

27、面而形成的磨粒。油进入摩擦面而形成的磨粒。8.2.2 8.2.2 磨料磨损磨料磨损材料性能学材料性能学磨料磨损的分类磨料磨损的分类1 1）按接触条件分）按接触条件分（1 1）两体磨料磨损：磨料）两体磨料磨损：磨料与一个零件表面接触，磨料与一个零件表面接触，磨料、零件表面各为一物体，如、零件表面各为一物体，如犁铧犁铧（2 2）三体磨料磨损：磨料）三体磨料磨损：磨料介于两零件表面之间。磨料介于两零件表面之间。磨料为一物体，两零件为两物体为一物体，两零件为两物体，磨料可以在两表面间滑动，磨料可以在两表面间滑动，也可以滚动，如滑动轴承，也可以滚动，如滑动轴承、活塞与汽缸。、活塞与汽缸。材料性能学材料性

28、能学2 2）按力的作用特点分）按力的作用特点分(1)(1)低应力划伤式的磨料磨损：特点低应力划伤式的磨料磨损：特点: :磨料对零件表磨料对零件表面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微划伤。划伤。生产中的犁铧，及煤矿机械中的刮板输送机溜槽磨生产中的犁铧，及煤矿机械中的刮板输送机溜槽磨损情况就是属于这种类型。损情况就是属于这种类型。 (2)(2)高应力辗碎式的磨料磨损：特点：磨料与零件高应力辗碎式的磨料磨损：特点：磨料与零件表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生产中球磨机衬板与磨球，破碎式滚筒的磨损

29、便是属产中球磨机衬板与磨球，破碎式滚筒的磨损便是属于这种类型。于这种类型。材料性能学材料性能学(3)(3)凿削式磨料磨损凿削式磨料磨损特点：磨料对材料表面有大的冲击力，从材料表面特点：磨料对材料表面有大的冲击力，从材料表面凿下较大颗料的磨屑。如挖掘机斗齿及颚式破碎机凿下较大颗料的磨屑。如挖掘机斗齿及颚式破碎机的齿板。的齿板。3 3）按相对硬度分）按相对硬度分（1 1）软磨料磨损：材料硬度与磨料硬度之比大于）软磨料磨损：材料硬度与磨料硬度之比大于0.8.0.8.（2 2）硬磨料磨损：材料硬度与磨料硬度之比小于）硬磨料磨损：材料硬度与磨料硬度之比小于0.8.0.8.两体磨损：磨料与一个零件表面接触

30、，磨料为一物两体磨损：磨料与一个零件表面接触，磨料为一物体，零件表面为另一物体，如犁铧。体，零件表面为另一物体，如犁铧。材料性能学材料性能学按工作环境分按工作环境分（1）普通型磨料磨损：一般正常条件下的）普通型磨料磨损：一般正常条件下的磨料磨损。磨料磨损。（2）腐蚀磨料磨损：在腐蚀介质中的磨料）腐蚀磨料磨损：在腐蚀介质中的磨料磨损。腐蚀加速了磨损的速度，如在含硫磨损。腐蚀加速了磨损的速度，如在含硫介质中工作的煤矿机械等。介质中工作的煤矿机械等。（3）高温磨料磨损：在高温下的磨料磨损）高温磨料磨损：在高温下的磨料磨损。高温和氧化加速了磨损，如燃烧炉中的。高温和氧化加速了磨损，如燃烧炉中的炉篦、沸

31、腾炉中的管壁等。炉篦、沸腾炉中的管壁等。材料性能学材料性能学2.2.磨粒磨损的微观机制磨粒磨损的微观机制 (1)(1)微观切削机制微观切削机制法向载荷将磨料压入摩擦表面，滑动时磨料对表面产法向载荷将磨料压入摩擦表面，滑动时磨料对表面产生生切削作用切削作用，材料脱离表面形成磨屑。并在磨损表面，材料脱离表面形成磨屑。并在磨损表面留下明显的切痕。特别在固定的磨料磨损和凿削式磨留下明显的切痕。特别在固定的磨料磨损和凿削式磨损中，是材料表面磨损的主要机理。损中，是材料表面磨损的主要机理。 (2)(2)微观变形机制微观变形机制磨料在载荷作用下压入摩擦表面而产生压痕，滑动时磨料在载荷作用下压入摩擦表面而产生

32、压痕，滑动时使表面产生使表面产生严重的塑性变形，经过反复塑形变形，产严重的塑性变形，经过反复塑形变形，产生加工硬化，压痕两侧材料受到损伤生加工硬化，压痕两侧材料受到损伤，因而易从表面，因而易从表面挤出或剥落。挤出或剥落。 材料性能学材料性能学3）微观断裂机制）微观断裂机制硬而脆的材料遇到磨料磨损时，不易被切削，材料硬而脆的材料遇到磨料磨损时，不易被切削，材料表面因受到磨料的压人而形成裂纹，这时材料常常表面因受到磨料的压人而形成裂纹，这时材料常常以脆性断裂、微观剥落的机制发生迁移，当裂纹互以脆性断裂、微观剥落的机制发生迁移，当裂纹互相交叉或扩展到表面就剥落出磨屑。相交叉或扩展到表面就剥落出磨屑。

33、总之，磨料磨损可能是磨料对摩擦表面的切削作用总之，磨料磨损可能是磨料对摩擦表面的切削作用、塑形变形和脆性断裂的结果，还可能是它们综合、塑形变形和脆性断裂的结果，还可能是它们综合作用的反映，而以某一机制为主。当工作条件发生作用的反映，而以某一机制为主。当工作条件发生变化时，磨损机制也发生变化。变化时，磨损机制也发生变化。材料性能学材料性能学3.磨料磨损简化模型磨料磨损简化模型微观切削机制的理想模微观切削机制的理想模型（两体磨料磨损）型（两体磨料磨损）磨损掉的体积与接触压力、滑动距离成正比，与磨损掉的体积与接触压力、滑动距离成正比，与材料的硬度成反比，同时与磨粒的形状有关。材料的硬度成反比，同时与

34、磨粒的形状有关。材料性能学材料性能学4. 4. 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素 1)1)磨料的硬度磨料的硬度材料性能学材料性能学材料性能学材料性能学2 2）磨料尺寸）磨料尺寸试验表明，一般金属的磨损率随磨料的平均尺寸增试验表明，一般金属的磨损率随磨料的平均尺寸增大而增大，但到一定临界值后，其磨损率不再增大大而增大，但到一定临界值后，其磨损率不再增大。磨料的临界尺寸随金属材料的性能不同而异，同。磨料的临界尺寸随金属材料的性能不同而异，同时它还与工作元件的结构和精度有关。时它还与工作元件的结构和精度有关。3 3） 试验载荷与滑动距离试验载荷与滑动距离试验表明，磨损量与表面平均压力成正比，但有

35、一试验表明，磨损量与表面平均压力成正比，但有一转折点，当表面平均压力达到并超过临界压力时，转折点，当表面平均压力达到并超过临界压力时，线磨损量随表面平均压力的增加变化缓慢，对于不线磨损量随表面平均压力的增加变化缓慢，对于不同材料，其转折点也不同。此外，载荷越高，滑动同材料，其转折点也不同。此外，载荷越高，滑动距离越长，磨损越严重，在一般情况下都呈线性关距离越长，磨损越严重，在一般情况下都呈线性关系。系。材料性能学材料性能学 4 4）材料组织）材料组织材料的显微组织不同，对耐磨性的影响也不同材料的显微组织不同，对耐磨性的影响也不同。以钢为例，钢中的显微组织对材料的抗磨料。以钢为例，钢中的显微组织

36、对材料的抗磨料磨损能力也有影响，马氏体耐磨性最好，铁素磨损能力也有影响，马氏体耐磨性最好，铁素体因硬度太低，耐磨性最差。体因硬度太低，耐磨性最差。球墨铸铁的基体组织不同，耐磨性也不同，基球墨铸铁的基体组织不同，耐磨性也不同，基体为马氏体与回火马氏体的，耐磨性最好。体为马氏体与回火马氏体的，耐磨性最好。钢中碳化物也是影响耐磨性的重要因素之一。钢中碳化物也是影响耐磨性的重要因素之一。材料性能学材料性能学8.2.3 8.2.3 冲蚀磨损冲蚀磨损1.定义与分类定义与分类冲蚀磨损磨又称侵蚀磨损，是指流体或固体以松散冲蚀磨损磨又称侵蚀磨损，是指流体或固体以松散的小颗粒按一定的速度和角度对材料表明进行冲击的

37、小颗粒按一定的速度和角度对材料表明进行冲击所造成的磨损。松散粒子尺寸一般小于所造成的磨损。松散粒子尺寸一般小于100um，冲，冲击速度在击速度在550m/s以内。以内。分类：分类： 根据携带粒子的介质不同，重塑磨损可分两大类：根据携带粒子的介质不同，重塑磨损可分两大类：气固冲蚀磨损和流体重塑磨损。气固冲蚀磨损和流体重塑磨损。按流动介质及其携带的第二相（固体粒子、液滴气按流动介质及其携带的第二相（固体粒子、液滴气泡），又包括液滴冲蚀磨损和气蚀磨损。泡），又包括液滴冲蚀磨损和气蚀磨损。材料性能学材料性能学材料性能学材料性能学材料性能学材料性能学8.2.4 腐蚀磨损腐蚀磨损 1. 1. 定义与分类定

38、义与分类 两摩擦表面与周围介质发生化学或电化学反应，在表面上形两摩擦表面与周围介质发生化学或电化学反应，在表面上形成的腐蚀产物黏附不牢，在摩擦过程中被剥落下来，而新的成的腐蚀产物黏附不牢，在摩擦过程中被剥落下来，而新的表面又继续和介质发生反应，这种腐蚀和磨损的重复过程，表面又继续和介质发生反应，这种腐蚀和磨损的重复过程，称为腐蚀磨损。腐蚀磨损因常玉摩擦面之间的机械磨损共存称为腐蚀磨损。腐蚀磨损因常玉摩擦面之间的机械磨损共存，故又称为腐蚀机械磨损。，故又称为腐蚀机械磨损。材料性能学材料性能学2.2.氧化磨损氧化磨损 当金属摩擦副在氧化性介质中工作时当金属摩擦副在氧化性介质中工作时, , 表面表面

39、生成一层氧化膜，避免金属间的直接接触，生成一层氧化膜，避免金属间的直接接触，在摩擦过程中，表面所生成的氧化膜被磨掉在摩擦过程中，表面所生成的氧化膜被磨掉, , 但又很快地形成新的氧化膜，如此周而复始但又很快地形成新的氧化膜，如此周而复始，这个过程所造成的材料损伤为氧化磨损。，这个过程所造成的材料损伤为氧化磨损。 可见氧化磨损是可见氧化磨损是化学氧化和机械磨损化学氧化和机械磨损两种作两种作用相继进行的过程。用相继进行的过程。材料性能学材料性能学 由于大气中含有氧，因此氧化磨损是最常见的一由于大气中含有氧，因此氧化磨损是最常见的一种磨损形式，一般氧化磨损率较其他磨损轻微的多。种磨损形式，一般氧化磨

40、损率较其他磨损轻微的多。 若形成的是脆性氧化膜，由于氧化膜与基体连结若形成的是脆性氧化膜，由于氧化膜与基体连结的抗剪切强度较差的抗剪切强度较差, , 其磨损速率大于氧化速率其磨损速率大于氧化速率, , 所以所以磨损量大。磨损量大。 若形成的是韧性氧化膜若形成的是韧性氧化膜, , 由于氧化膜与基体连结由于氧化膜与基体连结处的抗剪切强度较高处的抗剪切强度较高, , 其磨损速率小于氧化速率其磨损速率小于氧化速率, , 氧氧化膜能起减摩耐磨作用化膜能起减摩耐磨作用, , 所以氧化磨损量较小。所以氧化磨损量较小。材料性能学材料性能学8.2.58.2.5 微动磨损微动磨损 定义：在机械设备中，常常由于机械

41、振动引起一些紧密配合定义：在机械设备中，常常由于机械振动引起一些紧密配合的零件接触表面间产生很小振幅的相对振动，其振幅约为的零件接触表面间产生很小振幅的相对振动，其振幅约为102um102um数量级，由此而产生的磨损称为微动磨损。数量级，由此而产生的磨损称为微动磨损。特征：摩擦幅接触区有大量红色特征：摩擦幅接触区有大量红色Fe2O3Fe2O3磨损粉末（钢铁件）。磨损粉末（钢铁件）。 铝件磨损产物为黑色。铝件磨损产物为黑色。 微动磨损微动磨损通常发生在一对紧配合的零件，如压配合的轴颈，通常发生在一对紧配合的零件，如压配合的轴颈，汽轮机及压气机叶片配合处，销钉或螺栓联接零件等。这些原汽轮机及压气机

42、叶片配合处，销钉或螺栓联接零件等。这些原来是配合紧密的零件，但在载荷和一定的振动频率作用下，较来是配合紧密的零件，但在载荷和一定的振动频率作用下，较长时间后会产生松动，这种松动只是长时间后会产生松动，这种松动只是微米级微米级的相对滑动，而微的相对滑动，而微小的相对滑动导致了小的相对滑动导致了接触金属间的粘着接触金属间的粘着，随后是粘着点的，随后是粘着点的剪切，剪切，粘着物脱落粘着物脱落。材料性能学材料性能学材料性能学材料性能学在大气环境下这些脱落物被氧化成氧化物磨屑。由于两摩擦在大气环境下这些脱落物被氧化成氧化物磨屑。由于两摩擦表面的紧密配合，磨屑不易排出，这些表面的紧密配合，磨屑不易排出，这

43、些磨屑起着磨料的作用，磨屑起着磨料的作用，加速了微动磨损的过程加速了微动磨损的过程。微动磨损的主要特征是表面形成凹。微动磨损的主要特征是表面形成凹坑或麻点，并在摩擦表面上伴随着带棕褐色或黑色的斑点，坑或麻点，并在摩擦表面上伴随着带棕褐色或黑色的斑点，这些是集结的氧化物，常布满在表面的凹坑或麻点中。从以这些是集结的氧化物，常布满在表面的凹坑或麻点中。从以上产生微动磨损的原因分析中可以看出，上产生微动磨损的原因分析中可以看出，微动磨损不是一单微动磨损不是一单独的磨损型式，而是粘着磨损、氧化磨损、磨料磨损，甚至独的磨损型式，而是粘着磨损、氧化磨损、磨料磨损，甚至还包含着腐蚀作用引起的磨损和交变载荷作用的疲劳磨损还包含着腐蚀作用引起的磨损和交变载荷作用的疲劳磨损。微动磨损是几种磨损型式的复合。微动磨损是几种磨损型式的复合。 影响微动磨损的主要因素有载荷、振幅、环境因素、材料影响微动磨损的主要因素有载荷、振幅、环境因素、材料性能及润滑剂等