摩擦腐蚀基本知识

1、第二章第二章 摩擦腐蚀基本知识摩擦腐蚀基本知识授授 课课 教教 师师 ： 马马 静静表面工程表面工程 Surface Engineering2第二章第二章 摩擦腐蚀基本知识摩擦腐蚀基本知识o材料破坏的两大破坏形式：o摩擦磨损摩擦磨损o腐蚀3o摩擦学：研究作相对运动表面及有关理论和实践的科学技术o包括摩擦、磨损磨损和润滑o当两个相互接触的物体在外力作用下产生相对运动或具有相对运动趋势时，在接触面间产生的切向运动阻力称为摩擦力，这个阻力与运动方向相平行，这种现象称之为摩擦摩擦。2.1 摩擦与磨损摩擦与磨损42.1.1 摩擦的分类摩擦的分类1按摩擦副的运动状态分类按摩擦副的运动状态分类2按摩擦副的运

2、动形式分类按摩擦副的运动形式分类3按摩擦副表面的润滑状况分类按摩擦副表面的润滑状况分类o按工作环境条件分类按工作环境条件分类o按摩擦产生的程度分类按摩擦产生的程度分类51按摩擦副的运动状态分类按摩擦副的运动状态分类 (1)静摩擦静摩擦 n一物体沿另一物体表面有相对运动趋势时产生的摩擦称为静摩擦。这种摩擦力称为静摩擦力。n静摩擦力随作用于物体上的外力而变化，当外力达到能克服最大静摩擦力时，物体才开始宏观运动，从而由静摩擦转变为动摩擦。 (2)动摩擦动摩擦 n一物体沿另一物体表面相对运动时产生的摩擦称为动摩擦。阻碍物体运动的切向力称为动摩擦力。动摩擦力通常小于最大静摩擦力。62按摩擦副的运动形式分

3、类o(1)滑动摩擦滑动摩擦 n物体接触表面相对滑动时产生的摩擦称为滑动摩擦。o(2)滚动摩擦滚动摩擦 n在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时产生的摩擦称为滚动摩擦73按摩擦副表面的润滑状况分类按摩擦副表面的润滑状况分类o (1)纯净摩擦纯净摩擦 n摩擦表面没有任何吸附膜或化合物时产生的摩擦称为纯净摩擦。这种摩擦只有在接触面产生塑性变形使表面膜破坏或在真空中摩擦时才能发生。o (2)干摩擦干摩擦(无润滑摩擦无润滑摩擦) n在大气条件下，摩擦表面间名义上没有润滑剂存在时产生的摩擦称为干摩擦，或称无润滑摩擦。o(3)流体流体(润滑润滑)摩擦摩擦 n相对运动的两物体表面完全被流体隔开时产生的摩擦称为流体

4、(润滑)摩擦。当流体为液体时称为液体摩擦，流体为气体时称为气体摩擦。流体摩擦时摩擦发生在流体内部。o(4)边界边界(润滑润滑)摩擦摩擦 n介于干摩擦和流体(润滑)摩擦之间的一种摩擦形式，摩擦表面间存在着一层极薄的润滑膜，这层润滑膜的存在使得边界摩擦较之干摩擦状态有很大改善，但还不足以将两摩擦表面完全分隔开。8油膜油膜膜厚膜厚比比9o4. 摩擦副处于高温、高速、低温、真空、辐射等特殊环境条件下工作，可将摩擦分为正常工况条件下的摩擦和特殊工况条件下的摩擦o5. 根据产生摩擦的程度，将摩擦分为轻微摩擦和严重摩擦等。102.1.2 摩擦过程的主要影响因素摩擦过程的主要影响因素简要介绍影响干滑动摩擦干滑

5、动摩擦的主要因素o1材料性质材料性质n当摩擦副是同一种(或者性质非常接近的)材料，或是两种有能形成固溶合金的金属时，摩擦较严重。n例如铜铜摩擦副的摩擦系数可达1.0以上，铝铁或铝低碳钢摩擦副的摩擦系数大于0.8。而不同金属或亲和力低的金属组成的摩擦副摩擦系数较低，如银铁或银低碳钢摩擦副的摩棕系数约为0.03。n当摩擦副材料性能接近，并且摩擦表面硬度较低时，往往容易产生胶合容易产生胶合而导致摩擦副损坏。n采用性能相差较大的材料作摩擦副采用性能相差较大的材料作摩擦副n如果所采用的摩擦副材料性能接近时，如齿轮摩擦副，如果所采用的摩擦副材料性能接近时，如齿轮摩擦副，则通常使表面具有较高的硬度。则通常使

6、表面具有较高的硬度。Why？112表面粗糙度表面粗糙度o当摩擦表面的粗糙度发生变化时，会导致摩擦机理的改变o对于粗糙表面，以机械啮合为主；对于光滑表面，对于粗糙表面，以机械啮合为主；对于光滑表面，以黏附为主。以黏附为主。o当摩擦副表面非常粗糙时，摩擦系数较大。然而非常平滑的表面可能摩擦系数更大，这是因为真实接触面积增大，表面间的分子作用加强。o一般说来，摩擦副存在一最佳粗糙度区间，在这一间内，所产生的摩擦系数最小。123温度温度o两方面进行分析n一方面金属摩擦副随温度升高，可焊性增大可焊性增大，强度降低，导致真实接触面积增大，黏附程度增加，从而使摩擦系数增大；n另一方面随着温度升高，表面发生氧

7、化发生氧化的程度增加，形成表面氧化膜的可能性增大，这有可能导致摩擦系数下降。o因此金属摩擦副在一定温度下的摩擦特性将取决于金属在该温度下的强度、可焊性及所金属在该温度下的强度、可焊性及所形成的表面膜形成的表面膜。134速度速度o当摩擦表面的相对滑动速度发生变化时，表表面微凸体的变形速度、变形程度和表面温度面微凸体的变形速度、变形程度和表面温度都将发生受化都将发生受化，从而导致摩擦系数发生变化。因此，速度对摩擦系数的影响，受多种因素制约，往往需要针对具体的摩擦副，通过试验确定。14 5表面膜表面膜o摩擦副接触表面膜一般由氧化膜、吸附膜和其他污染薄膜等组成，其存在会极大地影响摩擦副的摩擦特性。n如

8、在干摩擦表面加入润滑油加入润滑油后会使摩擦系数显著降低。n当摩擦副材料表面存在表面膜存在表面膜时，由于摩擦主要发生在表面膜之间，同时一般情况下表面膜的剪切强度小于本体材料的剪切强度，因此摩擦系数较小。o生产中常常在摩擦副材料表面涂覆一层软金属表面涂覆一层软金属(如铟、镉、铅等)或表面膜表面膜(如硫化膜、氧化膜、磷化膜等)以降低摩擦系数，减少材料的摩擦与磨损。n 表面膜的厚度对摩擦系数有显著影响，通常存在者一个最佳的膜厚范围一个最佳的膜厚范围，太薄或太厚都会使摩擦增大。152.1.2 磨损基本知识磨损基本知识o磨损定义：由于机械作用，有时伴有化学或由于机械作用，有时伴有化学或电的作用物体工作表面

9、材料作相对运动过程电的作用物体工作表面材料作相对运动过程中不断损耗的现象中不断损耗的现象。o大多数材料配副的摩擦系数介于0.11.0之间，而其磨损率却相差很多数量级。o按磨损机理分四大类：磨料磨损，冲蚀磨损，磨料磨损，冲蚀磨损，粘着磨损和疲劳磨损粘着磨损和疲劳磨损。16o表2.1 磨损的基本类型P3917一、磨料磨损一、磨料磨损 abrasive wearodef：由硬颗粒或硬突起物在载荷的作用下，嵌入摩擦表面，相互接触和作用的过程中，使材料产生迁移而造成的损耗。一般指非金属,如石英砂，岩石等。o特征：摩擦表面沿滑动方向出现刻痕181) 磨料磨损的分类 P39o以磨损接触物体表面来分类n两体磨

10、料磨损，三体磨料磨损（滑动，滚动）o以力的作用特点分类n低应力划伤式磨料磨损、高应力划伤式磨料磨损、凿削式磨料磨损19202) 磨料磨损机理磨料磨损机理o塑性材料塑性材料o1微观切削机理o 磨粒作用存材料表面上的力可分解为法向分力(正压力)和切向分力(摩擦力)。在法向分力作用下，磨料压入材料表面形成压痕，在切向分力作用下，磨粒向前推进。o形成一次切屑21微切削磨损微切削磨损图2-3 (a) 典型微切屑; (b) 滑移变形形成的皱褶图2-2 a) 微切削磨损在钢表面产生的切削痕 b) 钢的微切屑形貌222犁沟变形机理犁沟变形机理o当磨粒的形状与位向不利于切削时，磨粒将使材料产生犁沟变形，即将材料

11、推向前方或两侧并使沟底即将材料推向前方或两侧并使沟底及沟槽附近的材料产生塑性变形及沟槽附近的材料产生塑性变形。o后继的磨粒可能把堆积起来的材料压平，也可能使已经犁沟变形的材料遭受再一次的犁沟变形，如此反复，将导致材料的加工硬化和其他强化作用，最后产生裂纹、断裂而形成磨屑。23o犁沟变形模型如图：24 图2-11 因塑性变形发生去除的两种机制o（a）犁沟；（b） 微观切屑；（c）切屑模型25图1-4 磨料磨损机制26o迎角迎角(也叫冲角)是指磨料前面与材料表面间的夹角(下图示)。o磨料能否切削材料与迎角有关，只有当迎角大只有当迎角大于临界迎角时，才能产生切屑于临界迎角时，才能产生切屑；反之，如果

12、迎角小于临界迎角，则只能产生塑性犁沟，将材料推向沟槽的两侧及前沿。27图2-18不形成切削形成切削28脆性材料脆性材料3微观断裂微观断裂(剥落剥落)磨损机理磨损机理o在磨损过程中，大多数材料表面都会发生塑性变形，但脆性材料(如陶瓷、玻璃、碳化物等)或含有硬而脆的第二相质点的材料在与磨料作用时，断裂机理可能占主导地位，脆性材料或脆性相脆性材料或脆性相将产生断裂或剥落，因此磨损量比塑性材料的磨损量大施加载荷较大、磨料尖锐以及材料的断裂韧度与硬度的比值愈低时，材料愈趋向于压痕断裂。材料的硬度决定了磨料颗粒可能压入的深度。29o如果压痕深度大于产生断裂的临界深度时，材料因断裂如果压痕深度大于产生断裂的

13、临界深度时，材料因断裂机制产生的去除过程就会优先发生。高的断裂韧度会增机制产生的去除过程就会优先发生。高的断裂韧度会增加压痕临界深度值，因而减小了因断裂机制去除的磨损加压痕临界深度值，因而减小了因断裂机制去除的磨损体积。体积。o无论是塑性材料还是脆性材料，均可能同时发无论是塑性材料还是脆性材料，均可能同时发生塑性变形和断裂两种机制，在某种条件下，生塑性变形和断裂两种机制，在某种条件下，某一机制占主导地位。某一机制占主导地位。4疲劳磨损机理疲劳磨损机理o疲劳磨损机理在一般磨料磨损中起主导作用.即材料表面在磨粒产生的循环接触应力作用下，因疲劳剥落而形成磨屑。303) 磨料磨损的主要影响因素磨料磨损

14、的主要影响因素(1)磨料硬度的影响磨料硬度的影响 o材料的耐磨性决定于材料硬度材料硬度Hm和磨料硬度和磨料硬度Ha的比值的比值。o当HmHa0.5时为硬磨料磨损，此时增加材料的硬度对其耐磨性增加不大（无关）。o当HmHa0.8时为软磨料磨损，此时增加材料的硬度能迅速地提高其耐磨性o当H mHa在0.50.8之间时，要根据实际情况进行判断。31(2)磨料形状及尺寸的影响磨料形状及尺寸的影响 尖锐的、多角形的磨料比圆而钝的磨料磨损率大。o磨料颗粒大小对材料的磨损有影响，一般是随着磨随着磨粒直径的增加，磨损量增大粒直径的增加，磨损量增大。o磨粒的直径达到某一临界尺寸后，磨损量几乎不再增加，这个磨料颗

15、粒的临界尺寸在100 m左右，与材料的成分、性能、加工方法、速度及载荷等有关323334(3)磨料脆性的影响磨料脆性的影响 o材料的磨料磨损往往需要多次反复才能完成，在这一过程中，磨料的状态将发生改变n一种表现为尖角和锐边被破坏，即由原来尖锐的、多角形的磨料变成圆而钝磨料变成圆而钝的磨料，使得材料的磨损率下降。n另一种表现为磨料破碎，生成尖角和锐边磨料破碎，生成尖角和锐边，使得材料的磨损率增大。35（4）载荷的影响：）载荷的影响： 磨损率与压力成正比，但有一转折点，当磨损率与压力成正比，但有一转折点，当压力达到或超过临界压力时，磨损率随压压力达到或超过临界压力时，磨损率随压力的增加变的平缓。力

16、的增加变的平缓。365）材料的基体组织和性能）材料的基体组织和性能o钢铁材料的基体组织与耐磨性的关系指出，基体组织的耐磨性一般按铁素体、珠光体、按铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体的顺序递增贝氏体和马氏体的顺序递增。o 在实际工作中选用耐磨材料并不是如此简单，一个普遍的观念是“硬度越高的材料耐硬度越高的材料耐磨性越好磨性越好”。适合于较低接触应力、较低滑较低接触应力、较低滑动速度的滑动磨料磨损动速度的滑动磨料磨损条件。o相反，在高接触应力、高冲击或相对滑动速度快、磨料硬而锐利的情况下不适用。37图2-35 钢与铁的各种基体组织的耐磨料磨损性38o未经热处理钢的耐磨性单值地决定其宏观硬度。未经热处理

17、钢的耐磨性单值地决定其宏观硬度。o热处理钢的相对耐磨性随宏观硬度增高而线性地增热处理钢的相对耐磨性随宏观硬度增高而线性地增加加，但比未经热处理钢要慢些。o耐磨性不仅取决于钢的硬度，而且取决于成分。n不同成分的热处理钢虽然只有相同硬度但耐磨性不同，说明各种的耐磨性与宏观硬度间并不存在单值的对应关系。o磨损的金属表面上发生了最大限度的最大限度的“加工硬化加工硬化”，材料耐磨性与其磨损后的表面硬度成正比。材料耐磨性与其磨损后的表面硬度成正比。39o高锰钢材料是一个典型的实例。高锰钢经水韧性处理后，获得单一奥氏体组织，硬度约为HB180230。o用高锰钢制作的挖掘机斗齿，在挖掘硬的矿心时，由于高锰钢得

18、到充分的加工硬化充分的加工硬化，表现出良好的耐磨性，优于回火马氏体和贝氏体钢。o相反，若将高锰钢斗齿用于挖掘主要含石英砂的砂土层时，其耐磨性远不如马氏体和贝氏体钢。40二、粘着磨损二、粘着磨损o定义：两个接触表面相对运动两个接触表面相对运动时，由于接触点粘着和焊合而时，由于接触点粘着和焊合而形成的粘着结点被锯切断裂，形成的粘着结点被锯切断裂，被剪断的材料由一个表面转移被剪断的材料由一个表面转移到另一个表面，或脱落成磨屑到另一个表面，或脱落成磨屑而产生的磨损。而产生的磨损。o粘着磨损的主要特征是出现材料转移，同时沿滑动方向产生不同程度的磨痕。时间磨损量oab图2.1 粘着磨损阶段磨损特征 41(

19、1)(1) 磨合阶段磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加磨损量随时间的增加而增加。出出现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度快。快。42(2)(2)稳定磨损阶段：稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳定状摩擦表面磨合后达到稳定状态，磨损率保持不变态，磨损率保持不变。标志磨损条件保持相标志磨损条件保持相对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。43(3)(3) 剧烈磨损阶段：剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损量急工作条件恶化，磨损量急剧增大。剧增大。精度

20、降低、间隙增大，温度升高，精度降低、间隙增大，温度升高，产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完全失效。全失效。44非典型磨非典型磨损曲线损曲线45磨损特性曲线磨损特性曲线-浴盆曲线浴盆曲线典型浴典型浴盆曲线盆曲线461) 1) 粘着磨损的分类粘着磨损的分类47五类典型粘着磨损五类典型粘着磨损(1)(1)轻微磨损轻微磨损: : 粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻微。轻微。(2)(2)涂抹涂抹: : 粘着结合强度大于较

21、软金属抗剪切强度，小于较粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较硬金属抗剪切强度。剪切破坏发生在离粘着结合面硬金属抗剪切强度。剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬金属表面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬金属表面。48(3)(3)擦伤：擦伤： 粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。现细而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。(4)(4)划

22、伤：划伤： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。49(5) (5) 咬死：咬死： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，粘着区域大，切应力低于粘着结合强度。高，粘着区域大，切应力低于粘着结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动。摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动。502）影响粘着磨损的主要因素）影响粘着磨损的主要因素o影响粘着磨损的因素多而复杂，概括起

23、来有两个方面，即摩擦副的工作条件和摩擦副的材料特性。 1润滑状态的影响润滑状态的影响o润滑状态对粘着磨损的影响很大，这是由于润滑膜或表面膜可以有效地防止摩擦表面的直接接触和产生联结点。因此，在润滑油中加入能提高油膜强度和润滑能力的油性和极压添加剂，能显著提高抗粘着磨损能力。512载荷、滑动速度和温度的影响载荷、滑动速度和温度的影响o随着载荷和滑动速度不断增加，摩擦界面的温度不断升高。在摩擦磨损过程中，金属材料表面及表层将发生一系列的成分、组织结构和性能变化，如加工硬化、产生加工硬化、产生“白层白层”组织二次淬火、形成牢固的氧化膜组织二次淬火、形成牢固的氧化膜等都能提高材料的抗粘着磨损性能；反之

24、材料的软化、其至熔化等都将使磨损率提高。52载荷载荷 当载荷增大到某一临界当载荷增大到某一临界 值后，粘着磨损量会急值后，粘着磨损量会急 剧增加。右图是四球机剧增加。右图是四球机 磨痕直径的变化，当载磨痕直径的变化，当载 荷达到一定值时，磨痕荷达到一定值时，磨痕 直径迅速增大，此载荷直径迅速增大，此载荷 称为胶合载荷。称为胶合载荷。533 3摩擦副材料的影响摩擦副材料的影响o (1)金属互溶性的影响金属互溶性的影响 相同金属或互溶性相同金属或互溶性大大(晶格类型、晶格常数、电子密度及电化晶格类型、晶格常数、电子密度及电化学性能等相同或相近学性能等相同或相近)的金属摩擦副，具有的金属摩擦副，具有

25、较强的粘着倾向，因而抗粘着磨损能力低。较强的粘着倾向，因而抗粘着磨损能力低。o (2)金属晶体结构的影响金属晶体结构的影响 密排六方晶体结密排六方晶体结构的金属一般比面心立方晶体的金属抗粘着构的金属一般比面心立方晶体的金属抗粘着性能好，这是由于面心立方滑移系数大的缘性能好，这是由于面心立方滑移系数大的缘故。故。54oCu/Ni与与Fe/Ag磨损率相差磨损率相差500倍倍55 (3)金属组织的影响 o多相组织的金属比单相金属的抗粘着性能好o金属化合物比单相固溶体的抗粘着性能好o金属与非金属组成的摩擦副比金属与金属摩擦副抗粘着性能好，o脆性材料比塑性材料抗粘着性能好。n这是由于塑性材料粘着结点的破

26、坏常发生在离表面较深处，磨屑较大，而脆性材料粘着结点的破坏处离表面较浅，主要是剥落，磨屑呈细片状。 56o在工业生产中常采用各种表面技术来提高金采用各种表面技术来提高金属摩擦副的抗粘着性能属摩擦副的抗粘着性能。n一类是表面强化或硬化处理(如表面淬火、化学热处理、电镀、喷涂及各种涂层等)，n另一类是表面润滑处理(如渗硫、磷化、表面软金属涂层等)。57三、疲劳磨损三、疲劳磨损o定义：摩擦副材料微体积受循环接触应力影响，导致反复变形，产生裂纹和分离出微片或颗粒的表面疲劳剥落现象，称为疲劳磨损或接触疲劳磨损。o 接触疲劳磨损失效的主要形式是点蚀和剥落，即在原来光滑的接触表面上产生深浅不等的凹坑(也称麻

27、点)和较大面积的剥落坑。o疲劳磨损有点蚀、剥落、剥层与擦伤58点蚀实物点蚀实物59剥剥 落落60o接触疲劳磨损的过程一般分为两个阶段，即在材料表面或表层首先萌生出疲劳裂纹和随后产生裂纹扩展。o当摩擦副两个接触体相对滚动或滑动时，在接触区将产生很大的接触应力和塑性变形。o由于交变应力长期反复的作用，在材料表面或表层的薄弱处引发疲劳裂纹并随后裂纹逐步扩展，最后金属以薄片的形式断裂剥落下来成为磨屑。61o点蚀的裂纹：一般从材料的表面表面开始，向内倾斜扩展，然后折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来即产生点蚀。因此点蚀坑的表面形貌像“扇形扇形”。o剥落的裂纹：一般从材料的亚表层亚表层开始，与与表面平行的

28、方向扩展表面平行的方向扩展，最后形成片状片状的剥落坑。62631）影响疲劳磨损的主要因素）影响疲劳磨损的主要因素o 疲劳磨损的评定指标一般不是用磨损失重或体积迁移量表示，而是用一定接触应力下，接触元件的循环周次(即疲劳寿命)来表示。1载荷的影响载荷的影响o 载荷是影响疲劳磨损寿命的重要因素。一般认为球轴承的疲劳磨损寿命与载荷的立方成反比，即o式中 N球轴承的疲劳磨损寿命，即循环次数 W外加载荷。642材料组织及性能的影响材料组织及性能的影响o接触元件的组织和热处理工艺对疲劳磨损寿命有很大影响o渗碳钢制作的滚动元件，也要求渗碳层中的马氏体细小、碳化物小而均匀分布o材料的硬度对疲劳磨损的影响存在一

29、个最佳的硬度范围。65o在滚动接触情况下，滚动元件的材料匹配很重要。材料的强度、弹性、塑性和韧性等对疲劳磨损寿命有很大影响。o一般通过试验来确定最佳的匹配关系66 3材料冶金质量的影响材料冶金质量的影响o钢材的冶金质量对零件的疲劳磨损寿命有明显的影响。o轴承钢对非金属夹杂物有严格的要求。轴承钢的疲劳磨损寿命与夹杂物的类型、形态和数量有很大的关系。其中Al2O3、TiN等氧化物、氮化物和硅酸盐影响最大。o夹杂物尺寸越大、分布越不均匀，危害越大夹杂物尺寸越大、分布越不均匀，危害越大。特别是位于接触面表面(大约1mm)的夹杂物影响更大。o钢中的氧、氢、氮等气体也会降低滚动元件的疲劳磨损寿命。67 4

30、其他因素的影响其他因素的影响o表面状态表面状态 精磨的寿命车削，抛光 车削，粗糙的表面容易产生点蚀。o润滑剂润滑剂 高黏度、低指数的润滑剂由于不容易进入疲劳裂纹能提高疲劳磨损寿命。材料+润滑油组合 在润滑剂中适当加入某些添加剂。o环境环境n腐蚀介质的环境，或者矿物油含有水分加速疲劳磨损n温度升高会使润滑剂黏度下降，油膜厚膜减小，使疲劳磨损加剧68四、冲蚀磨损四、冲蚀磨损Impingement attack; Erosion Corrosion o冲蚀或浸蚀磨损是指材料受到小而松散的流冲蚀或浸蚀磨损是指材料受到小而松散的流动物体冲击表面出现破坏的一类磨损现象。动物体冲击表面出现破坏的一类磨损现象

31、。o造成冲蚀的粒子通常比较硬，流动速度高时，软粒子甚至水也会造成冲蚀。691） 分类分类o就流动介质及第二相粒子进行分类：70o冲蚀是粒子冲击材料表面造成的破坏，从广义上讲，粒子可以是固体、液体和气泡粒子可以是固体、液体和气泡，它们冲击到固体表面将会发生能量交换或者说，两者之间将出现能量再分配。被冲击的表面可能发生弹性或塑性变形。71o冲蚀率定义为单位重量粒子造成材料流失的单位重量粒子造成材料流失的重量或体积重量或体积，其量纲为mg/g或mm3/go液体冲蚀或气蚀破坏除用单位时间的失重表示外，还可用平均破坏深度、即一定面积上平均破坏深度、即一定面积上冲蚀的平均深度冲蚀的平均深度（单位为mm)。

32、722）主要影响因素）主要影响因素o环境参数如粒子的速度、浓度、入射角、o环境温度；o磨料性质，如硬度、粒度、可破碎性以及材料性能如热物理性能和材料强镀73（1）入射角）入射角o入射角指粒子入射轨迹与表面的夹角。o材料冲蚀率随入射角变化。n塑性材料在2030 入射角时冲蚀率出现最大值，而脆性材料在一般情况下最大冲蚀率出现在接近90 入射角处。n小入射角下，塑性相起主要作用，而大入射角小入射角下，塑性相起主要作用，而大入射角下脆性相起主要作用下脆性相起主要作用。74(2)速度速度o粒子功能是造成材料冲蚀的主要原因o冲蚀率与粒子速度呈指数函数关系、不因粒子种类、材料类型和入射角大小而变化o-冲蚀率

33、，为粒子速度，n、K均为常数。o粒子入射速度低到某一下限时，只在冲击时出现弹粒子入射速度低到某一下限时，只在冲击时出现弹性变形而无材料流失，称此速度下限为门坎速度性变形而无材料流失，称此速度下限为门坎速度值。这个速度值随粒子材质、形状及材料性能而变化。75(3)冲蚀时间冲蚀时间o冲蚀磨损不同于粘着磨损和磨粒磨损、它呈现出较长的潜伏期或孕育期长的潜伏期或孕育期。o对于液滴冲蚀或气蚀这点尤为重要。o首批粒子冲击表面时主要造成加工硬化和表面粗糙化，不一定立刻出现材料流失。经过一定的累积损伤后才能逐渐过渡到稳定冲蚀阶段76o孕育期()、最大冲蚀率区()及稳定区()。o孕育期的长短在表征材孕育期的长短在

34、表征材料抗气蚀冲蚀性能好坏料抗气蚀冲蚀性能好坏o它表明材料从弹性变形到塑性破坏之间能够承受外加能量的程度。77(4)环境温度环境温度o随着温度增加，材料冲蚀率上升o温度过高时，材料表面可能氧化。n氧化膜的出现反而会提高材料的抗冲蚀能力，从而改善其抗冲蚀性能。78（5）入射粒子性能）入射粒子性能o固体粒子的形状和粒度固体粒子的形状和粒度n粒子尺寸超过临界尺寸，冲蚀率趋于平稳。n尖颗粒造成的破坏要比球形粒子严重。n硬粒子产生的冲蚀破坏比软粒子严重o粒子的可碎性粒子的可碎性 即在冲击时发生破裂碎化的趋势n随着入射角的增加，脆性粒子冲击后发生破碎的几率增大，破碎粒子将会对凹凸不平的表面产生第二次冲蚀。

35、79五、微动磨损五、微动磨损o两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨损现象，即通常称谓的损现象，即通常称谓的“微动磨损微动磨损”。o微动损伤中化学或电化学反应占重要地位则称为微动腐蚀微动腐蚀。o遭受微动磨损的部件，在微动磨损产生的同时，或在微动作用停止后，受到循环应力，出现疲劳强度降低，甚至早期断裂的现象称为微动疲劳微动疲劳801）微动磨损的特征三个特征三个特征：o （1）具有引起微动的振动源(除机械力外还应考虑电磁场、冷热循环、流体特征诱发的振动)；o（2）磨痕具有方向一致的划痕，硬结斑和塑性变形以及微裂纹；o（3）磨屑易于聚团、含大量类似锈蚀产物的氧化

36、物。81oOA：金属转移和初始磨损造成曲线迅速上升；oAB：剪切到磨粒参与磨损；oBC：磨粒作用下降，材料损失减缓oCD :达到稳定磨损率。8283o接触首先发生在大量分散表面微凸体上，微动初期少量磨屑落入谷内(a)。o随着磨屑量增加，谷被填满，这时磨屑开始起作用而使磨损成为磨粒磨损磨粒磨损。独立而分散的微凸体被磨掉，许多微凸体合并成一个小平台(b)。o磨屑进一步增加，并开始从接触区溢出进入邻近的洼谷区(c)。o接触区中压力再分布，中心区垂直压力增高，边缘压力降低，因此中心的磨粒磨损比较严重凹坑也迅速加深，最终使许多相邻的小坑合并成较大的坑(d)84微动磨损形貌图4 微动磨损初期的表面损伤 (

37、 铝锂合金，载荷500N，10个循环)图5 微动磨损后期的表面损伤 ( 铝锂合金，载荷500N，103个循环)85本节小结本节小结o摩擦的分类o磨损的分类：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、微动磨损o磨料磨损：磨损机理、迎角 影响因素（磨料硬度、形状、材料组织）o粘着磨损：涂抹、擦伤、咬死o疲劳磨损：表征o冲蚀磨损：表征、孕育期862.2 腐蚀基本理论o材料与环境组分发生的物理的、化学和电化学作用而引起的变质和破坏，称之为腐蚀腐蚀。872.2.1 腐蚀分类腐蚀分类88o阳极：金属离子化 阴极：析氢，吸氧与腐蚀有关的电池：oA 异类电极电池 不同金属间，同类金属晶粒与晶界间，碳化物与基体间oB 浓差电池 主要为氧浓差电池，如水线腐蚀，半浸入水中的金属，上方O高，为阴极。金属离子浓差电池，浓度高处阴极，浓度低处阳极。oC 温差电池 热交换器、锅炉 对碳钢，温度高处为阳极，Cu、Al相反。 8990Classification of corrosion912.2.2 腐蚀简介腐蚀简介o(1)全面腐蚀 可以是均匀地在金属表面产生，也可以非均匀地产生。此种腐蚀，一般易于控制，危害不大。92o(2)