第六章材料的磨损性能

1、1.机械零件的摩擦 1) 运动零件的实际表明接触情况粗糙度 挤、压、剪切 摩擦阻力 消耗能量、表明烧伤、减少寿命 液体隔离 转变为液体摩擦 摩擦类型：干摩擦，边界摩擦、液体摩擦。 第六章第六章 材料的磨损性能材料的磨损性能1 1、机件间相对运动、机件间相对运动 摩擦摩擦 磨损磨损。2 2、研究对象：、研究对象： 最常见的磨损方式最常见的磨损方式 磨损机理磨损机理； 材料磨损的本质及其影响因素；材料磨损的本质及其影响因素； 研究与探索控制磨损的方法和提高材料耐磨性的途径。研究与探索控制磨损的方法和提高材料耐磨性的途径。1.1 摩擦及其分类 两接触的物体在接触表面间相对运动或有一相对运动趋两接触的

2、物体在接触表面间相对运动或有一相对运动趋势时产生阻碍其发生相对运动的现象，称为摩擦。势时产生阻碍其发生相对运动的现象，称为摩擦。干摩擦液体摩擦边界摩擦混合摩擦 根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种： 如果两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯如果两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金属，这两个物体直接接触时的摩擦称为金属，这两个物体直接接触时的摩擦称为干摩擦干摩擦。1.1.干摩擦干摩擦2. 液体摩擦 两摩擦表面不直接接触，被油膜隔开的摩擦称为液体摩擦。3.边界摩擦边界摩擦 两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，使其处于干摩擦和液体摩擦之间的状态，这种摩擦称为边界摩擦。4.混合摩

3、擦 处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态，称为混合摩擦。6.2 6.2 磨损的基本概念及类型磨损的基本概念及类型一、摩擦与摩损的概念：一、摩擦与摩损的概念：1 1、摩擦：、摩擦： 接触物体间的一种阻碍运动的现象。接触物体间的一种阻碍运动的现象。2 2、磨损：、磨损： 在摩擦作用下物体相对运动时，在摩擦作用下物体相对运动时， 表面逐渐分离出表面逐渐分离出磨屑磨屑( (局部变形和断裂局部变形和断裂) )， 从而不断从而不断损伤损伤的现象。的现象。3 3、磨损过程：、磨损过程： (1)(1)跑合跑合( (磨合磨合) )阶段阶段: : 磨损速率下降。磨损速率下降。 (2)(2)稳定稳定磨损阶段磨损

4、阶段: : 磨损速率稳定。磨损速率稳定。 (3)(3)剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段: : 磨损速率增加。磨损速率增加。二、磨损的基本类型：二、磨损的基本类型：1 1、根据摩擦面损伤和破坏的形式，大致可分、根据摩擦面损伤和破坏的形式，大致可分4 4类：类： 粘着磨损；粘着磨损； 磨料磨损；磨料磨损； 腐蚀磨损腐蚀磨损( (包括氧化、微动、浸蚀磨损包括氧化、微动、浸蚀磨损) )； 麻点疲劳磨损麻点疲劳磨损( (接触疲劳接触疲劳) )。2 2、各种磨损可以发生转化。、各种磨损可以发生转化。一、粘着磨损：一、粘着磨损：1 1、概念：、概念： 因两种材料表面因两种材料表面某些接触点某些接触点局部压应力局部压

5、应力 超过该处材料屈服强度超过该处材料屈服强度( (s s ); ); 发生粘合并拽开发生粘合并拽开; ; 而产生的一种表面损伤磨损。而产生的一种表面损伤磨损。2 2、发生条件：、发生条件： 多发生在摩擦副相对滑动速度小多发生在摩擦副相对滑动速度小; ; 接触面氧化膜脆弱接触面氧化膜脆弱; ; 润滑条件差润滑条件差; ; 以及接触应力大的滑动摩擦条件下。以及接触应力大的滑动摩擦条件下。3 3、表面特征：、表面特征： 机件表面有大小不等的结疤。机件表面有大小不等的结疤。 产生很高的应力产生很高的应力 发生塑性变形发生塑性变形形成粘着点形成粘着点 被剪断、拉开被剪断、拉开转移到一方材料表面转移到一

6、方材料表面 脱落下来脱落下来形成磨屑。形成磨屑。 就是粘着点不断形成，又不断被破坏并脱落的过程。就是粘着点不断形成，又不断被破坏并脱落的过程。5 5、粘着磨损量：、粘着磨损量： W=KpL/(3Hv)W=KpL/(3Hv)4 4、形成过程：、形成过程： 表面接触的少数微凸体表面接触的少数微凸体 粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱、咬死。擦伤、撕脱、咬死。 涂抹、擦伤、撕脱又称为胶合，往往发生于高速、涂抹、擦伤、撕脱又称为胶合，往往发生于高速、重载的场合。重载的场合。 减轻粘着磨损的措施：合理地选择配对材料，采用减轻粘着磨损的措

7、施：合理地选择配对材料，采用表面处理，限制摩擦表面的温度，控制压强及采用含有表面处理，限制摩擦表面的温度，控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减轻粘着磨损。油性极压添加剂的润滑剂等，都可减轻粘着磨损。二、磨粒磨损二、磨粒磨损( (磨料磨损或研磨磨损磨料磨损或研磨磨损) )1 1、概念：、概念： 摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起；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；或在接触面间存在硬质粒子； 产生的磨损。产生的磨损。 前者称两体磨粒磨损；后者称三体磨粒磨损。前者称两体磨粒磨损；后者称三体磨粒磨损。 依据磨粒受的应力大小，依据磨粒受的应力大小， 分为凿削式

8、、高应力碾碎式、低应力擦伤式分为凿削式、高应力碾碎式、低应力擦伤式3 3类。类。2 2、发生条件：、发生条件：3 3、表面特征：、表面特征： 摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽。摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽。4 4、形成过程：、形成过程： 磨粒对摩擦表面产生的微切削作用磨粒对摩擦表面产生的微切削作用塑性变形塑性变形 疲劳破坏或脆性断裂疲劳破坏或脆性断裂 产生沟槽。产生沟槽。5 5、粘着磨损量：、粘着磨损量： W=KpLtanW=KpLtan/(Hv/(Hv) )三、接触疲劳三、接触疲劳( (表面疲劳磨损或麻点磨损表面疲劳磨损或麻点磨损) )1 1、现象和特征：、现象和特征：(1)(1

9、)两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时， 交变交变接触压应力接触压应力长期作用，长期作用， 使材料表面使材料表面疲劳疲劳损伤，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， 而使材料磨损的的现象。而使材料磨损的的现象。(2)(2)表面特征：表面特征： 出现许多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑出现许多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑( (麻坑麻坑) )。 有的凹坑较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹。有的凹坑较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹。(3)(3)分类分类: : 分为分为麻点剥落麻点剥落( (点蚀点蚀) )、浅层剥落、浅层剥落、 深层

10、剥落深层剥落( (表面压碎表面压碎)3)3类。类。 深度在深度在0.10.10.2mm0.2mm的小块剥落的小块剥落 点蚀点蚀 形状为不对称形状为不对称V V型针状或痘状凹坑。型针状或痘状凹坑。 深度在深度在0.2 0.2 0.4mm0.4mm的小块剥落的小块剥落 浅层剥落浅层剥落 剥块底部大致与表面平行，剥块底部大致与表面平行， 裂纹沿与表面成锐角或直角扩展。裂纹沿与表面成锐角或直角扩展。 深度深度 0.4mm 0.4mm的小块剥落的小块剥落 深层剥落深层剥落 深度与表面强化层深相当，裂纹垂直于表面扩展。深度与表面强化层深相当，裂纹垂直于表面扩展。2 2、接触应力的概念、接触应力的概念( (

11、赫兹应力赫兹应力) )： 两物体相互接触时两物体相互接触时, , 在局部表面产生的压应力；在局部表面产生的压应力； 分为线接触分为线接触( (如圆柱与圆柱接触如圆柱与圆柱接触) ) 与点接触与点接触( (如滚珠与轴承圈如滚珠与轴承圈) )两类。两类。 最大综合切应力最大综合切应力maxmax。3 3、接触疲劳过程：、接触疲劳过程： (1)(1)麻点剥落麻点剥落 滚动兼滑动滚动兼滑动的情况。的情况。 最大综合切应力最大综合切应力表层材料累积损伤表层材料累积损伤 萌生裂纹；萌生裂纹； 润滑油润滑油挤入裂纹内挤入裂纹内形成油楔形成油楔 裂纹沿与滚动方向倾斜角裂纹沿与滚动方向倾斜角 小于小于4545的

12、方向扩展的方向扩展 裂纹与表层材料间被折断裂纹与表层材料间被折断 形成形成0.10.10.2mm0.2mm深的痘状凹坑深的痘状凹坑 形成麻点剥落。形成麻点剥落。 (2) (2)浅层剥落浅层剥落 纯滚动纯滚动情况。情况。 最大综合切应力最大综合切应力 次表层材料累积损伤次表层材料累积损伤 萌生裂纹。萌生裂纹。 裂纹沿非金属夹杂物平行于表面扩展裂纹沿非金属夹杂物平行于表面扩展 而后垂直扩展直至表面而后垂直扩展直至表面 形成盆状剥落凹坑形成盆状剥落凹坑 形成浅层剥落。形成浅层剥落。 (3) (3)深层剥落深层剥落 裂纹源多位于硬化层与心部的交界处裂纹源多位于硬化层与心部的交界处( (过渡区过渡区)

13、) 优先萌生优先萌生 造成沿硬化层的大块材料剥落。造成沿硬化层的大块材料剥落。综上所述，接触疲劳裂纹的形成与扩展是综上所述，接触疲劳裂纹的形成与扩展是 接触综合切应力接触综合切应力 高于材料高于材料接触疲劳强度接触疲劳强度的结果。的结果。4.腐蚀磨损 在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应而产生物质损失的现象，称为腐蚀或电化学反应而产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损等。磨损、气蚀磨损等。 实际上大多数磨损是以上述四种磨损形式的实际上大多数磨损是以上述四种

14、磨损形式的复合形式出现的。复合形式出现的。6.3 6.3 耐磨性及其测量方法耐磨性及其测量方法一、材料的耐磨性：一、材料的耐磨性： 1 1、概念：、概念： 耐磨性是指材料抵抗磨损的性能。耐磨性是指材料抵抗磨损的性能。 2 2、磨损量：、磨损量： 磨损量愈小，耐磨性愈高磨损量愈小，耐磨性愈高 3 3、磨损量的测量：、磨损量的测量： 称重法和尺寸法。称重法和尺寸法。 (1)(1)称重法：称重法： 用精密分析天平称量试样试验前后的用精密分析天平称量试样试验前后的质量的变化质量的变化确定磨损量。确定磨损量。 (2)(2)尺寸法：尺寸法： 根据根据表面法向尺寸表面法向尺寸在试验前后的在试验前后的变化变化

15、确定磨损量。确定磨损量。 (3)(3)单位摩擦距离、单位压力下的磨损量称之为单位摩擦距离、单位压力下的磨损量称之为比磨损量。比磨损量。 (4)(4)常用磨损量的倒数或用相对耐磨性常用磨损量的倒数或用相对耐磨性( () )表征材料的耐磨性。表征材料的耐磨性。 =标准试样的磨损量标准试样的磨损量/ /被测样的磨损量被测样的磨损量 (5)(5)相对耐磨性的倒数亦称相对耐磨性的倒数亦称磨损系数磨损系数。6.3 6.3 耐磨性及其测量方法耐磨性及其测量方法二、磨损试验方法：二、磨损试验方法： 1 1、分为实物试验、分为实物试验 与实验室试验两类。与实验室试验两类。 2 2、实验室试验分类：、实验室试验分类： (a)(a)为销盘式磨损试验机为销盘式磨损试验机 (b)(b)为环块式；为环块式； (c)(c)为往复运