磨损失效分析

第五章磨损失效分析阿蒙当一库伦摩擦定律①摩擦力与法向载荷成正比；②摩擦力与名义接触面积无关；③摩擦力与滑动速度无关。机械的外表特征外表加工纹理外表不平度外表的结构外表不平度

外表的结构金属的最表层由厚度约3nm的污染层、厚度为0.3nm的气体吸附层和10nm左右的金属氧化层组成。此外，存在化学和应力方面的缺陷。机械的外表接触机械外表之间的实际接触情况对于金属来说，轮廓接触面积Ac一般只占名义接触面积的5%-10%。实际接触面积Aて只有名义接触面积的千分之几或者万分之几。当载荷F增加时，外表的接触变形y将经历弹性变形，弹塑性变形和完全塑性变形三个阶段。从有关实际接触面积的大量实验资料中，总结出其形成过程的以下特点：①由于外表粗糙度具有离散性，所以它们的接触也具有离散性。②实际的接触点不仅是由于塑性变形而且还由于弹性变形所产生，所以卸载时，实际接触点的数目和实际接触面积一般要减少。③实际接触面积随载荷增大。④实际接触面积的增加，主要是由于接触点数目的增加，尤其是外表粗糙度很小的时候。接触应力零件之间的接触面一般都较小。因此在接触面上及其附近的压力很大。由于接触点附近的材料处于三向受压的压力很大，材料往往仍处于弹性状态。同时，接触应力存在于非常小的局部区域，即使它的计算应力值到达材料的屈服极限，也只不过在这局部区域内发生塑性变形。影响接触应力的主要因素①剩余应力——往往在不太大的法向载荷下，接触区中某些点上的应力就已到达材料的屈服极限，因而发生局部塑性变形，引起剩余应力。②热应力——两接触面相对滑动时要产生摩擦，使接触区局部温度瞬时升高，其数值可达数百度。接触应力影响区体积是很小的，因此即使是不太大的摩擦热，就足以使此微小体积的局部温度升高，从而引起热应力。③润滑——在相对滑动的两接触面间通常是有润滑的，润滑状况首先影响摩擦系数的大小因而也影响了热应力及切向载荷。此外，在接触面间还可能产生动压油膜，油膜的存在使接触区的大小、形状及压力的分布也要发生变化。④接触面的几何形状——接触外表的微观不平度使得接触外表几何图形复杂。接触应力、热应力与油膜应力也要使接触外表的形状与理想状态发生偏差。磨损过程磨合阶段〔Ⅰ区，O--A〕正常磨损阶段〔Ⅱ区，A--B〕严重磨损阶段〔Ⅲ区，B--C〕刀具培训(3)：刀具磨损.flv磨损的分类按照磨损的破坏机理，磨损可分为：①粘着磨损；②磨粒磨损；③外表疲劳磨损；④腐蚀磨损。按机件外表磨损状态，又可分为：①连续磨损；②粘着磨损；③疲劳磨损；④磨粒磨损；⑤腐蚀磨损；⑥微动磨损；⑦外表塑性流动。粘着磨损相对运动的物体接触外表发生了固相粘着，使材料从一个外表转移到另一外表的现象，称为粘着磨损。粘着磨损机理假设粘着点的强度低于摩擦副两边的强度时，粘着从接触面分开，这是基体内部变形小，磨损面也显得较光滑，只有轻微的擦伤，这种情况称为外部粘着磨损；与此相反，假设粘着点的强度比两边材料中一方的强度高时，这时别离面发生在较弱的金属内部，摩擦面较为粗糙，有明显的撕裂痕迹，称为内部粘着磨损。粘着磨损的特点与分类粘着习惯上称为冷焊，而实际上，磨损热的影响是不容无视的。当线速度为0.2m/s，名义接触力为2Mpa时，磨损外表温度可达〔600-700〕℃.因此，典型特征是接触点局部的高温使摩擦副材料发生相互转移。黄铜在钢轮上滑动时磨损与时间的关系分类涂抹、擦伤、撕脱、咬死。摩擦磨损试验机影响粘着磨损的因素材料特性的影响接触应力与滑动速度的影响磨粒磨损磨粒磨损也称为研磨磨损。它是摩擦副一方硬度远大于另一方，或者接触面之间存在硬质点发生的磨损。磨粒磨损过程与特征磨粒磨损的最显著特征是接触面上有明显的磨削痕迹。磨损量与接触压力、摩擦距离成正比，与材料的硬度成反比，同时与硬材料凸出局部尖端形状有关。磨粒磨损失效的主要方式：①切削；②堆挤；③辗压、抹平；④断裂、剥落。磨粒磨损模型示意图影响磨粒磨损失效的主要因素材料硬度的影响磨损量与材料的硬度成正比。，材料的相对耐磨性与材料的硬度HV成反比。磨粒特性的影响滑动磨粒磨削过程中的主要机理是显微切削。磨粒的形状、磨粒的硬度及磨粒的粒度均对磨损过程有重要的影响。载荷大小、润滑条件、材料的显微组织、滑动速度、加工硬化等均影响磨损过程。疲劳磨损两接触面作滚动或滑动，或是滑动与滚动复合的摩擦状态，在交变接触应力的作用下，使材料外表疲劳而产生物质流失的过程，称为外表疲劳磨损，也称为接触疲劳磨损。易产生外表疲劳磨损的零件如齿轮外表、轴承外表、凸轮等。外表疲劳磨损的特点和形貌特征金属外表接触疲劳多发生在外表缺陷处或浅层外表缺陷处，如冷加工外表划伤处、刀痕、冶金缺陷、热加工缺陷、组织局部不均匀、流线不均匀等，也可以发生在外表晶界处或界面处。金属外表接触疲劳过程也是疲劳裂纹萌生、长大和最后断裂的过程。外表疲劳磨损是介于疲劳与磨损之间的破坏方式。外表疲劳磨损失效的另一个重要特征是疲劳裂缝在相互接触表层下面一定深度。影响疲劳磨损的因素1.材质的影响2.外表硬度的影响轴承钢的硬度为HRC62时，抗疲劳磨损能力最大，随着硬度的增加或降低，寿命均有较大的下降。对齿轮来说，齿轮硬度HRC58—62的范围内为最正确，一般要求小齿轮的硬度大于大齿轮。3.外表粗糙度的影响降低外表粗糙度，可以有效地提高抗疲劳磨损的能力。4.剩余内应力的影响当外表层在一定深度范围内存在有利的压应力时，可减少疲劳磨损。5.其他因素在润滑油中，适当地参加某化学添加剂，如二硫化钼、三乙醇胺等，可减缓疲劳磨损的过程。腐蚀磨损在腐蚀环境下，由于摩擦面材料起化学反响或电化学反响而引起的腐蚀和磨损称为腐蚀磨损。氧化磨损微动磨损氢致磨损微动磨损微动磨损是指两个名义上静配合外表由于一微小振幅的不断往复滑动所引起的一种磨损形式。微动和普通的往复滑动的区别仅仅在于每次往复的距离不同。微动磨损的特点①由于振幅小，滑动的相对速度低；微动磨损时，构件处在高频、小振幅的振动环境中，微动时运动速度和方向不断的改变，始终在零与某一最大速度之间反复。但其最大速度也相当有限，根本上属于慢速运动。②由于振幅小，又是反复性的相对摩擦运动，所以微动外表接触状态的重复概率相对很高，因此磨屑逸出的时机很少；摩擦面多为三体磨损，磨粒与金属的摩擦外表产生塑性变形或疲劳，使脆性金属的摩擦外表产生脆裂或剥落。③微动磨损引起的损伤是一种外表损伤，这不仅是指损伤由外表接触引起，而且是指损伤涉及的范围根本上与微动的幅度处于同一量级。④磨损产物，钢上磨损产物是红棕色粉末，而铝合金为黑色粉末。微动疲劳的断口特征微动疲劳的断口宏观与微观特征与纯机械疲劳断口完全一致包括疲劳源区、裂纹稳定扩充区和瞬断区.微动磨损造成零件失效的判断①了解零件的工况条件，是否存在能引起紧密配合的外表间滑动的振动源或交变应力；②分析接触外表的形貌，产生微动磨损外表都有麻点坑或小划痕，还有残留的磨屑；③分析与接触外表垂直面的亚表层特征，可观察到微小裂纹，裂纹或平行外表或外表呈一定角度；④磨屑是判断是否发生微动磨损的重要依据，钢的磨屑要比普通铁锈红得多，极易团聚，铝的磨屑是黑色的，而氧化铝通常是白色的。微动磨损的防止措施①改变设计或加工工艺：其主要目的是防止产生微动，增加接触面间的比压是常用的方法，如减小接触面积或增加螺栓数目，甚至改铆接为焊接。加工时注意提高加工精度，保证同心度等。②材料的选择：由于微动磨损初期的主要方式是粘着磨损，所以抗粘着磨损措施中的各种措施可以采用，但要考虑该零件的环境条件和工作状态。③加润滑剂或插入物：由于微动磨损接触面常常处于高比压状态，液体润滑剂难以进入或保持。因此广泛使用固体润滑剂。金属和非金属插入物能够：〔a〕改变接触面的性质；〔b〕改变摩擦系数；(c)由插入物变形吸收局部微动。④渗层、镀层或涂层：由于这些外表处理措施不需要改变原设计和材料、较为经济易行，因此是防止微动磨损中最切实可行的，正在迅速开展。氢致磨损氢在摩擦表层内的浓度会上升，并在磨损过程中起破坏作用。尤其是钛合金材料，氢致磨损倾向比较严重。磨损失效分析方法我们可根据运转条件、环境条件、磨损外表及磨损碎屑，通过调查、检验、研究来分析磨损失效的原因，寻求防止及减少磨损的措施。运转条件包括负荷、速度、运动方式、摩擦形式、润滑剂种类、润滑剂供给方式、运转周期等。环境条件是指周围是否潮湿，或是否有腐蚀性气体、粉尘、高温、低温、辐照或真空等。金属磨损自修复.flv磨损失效分析的根本步骤①了解失效零件在机器或机构中的功能；②了解零部件相对运动的方式及速度；③了解耦合外表所受的力或应力；④了解润滑剂品种、润滑方式及换油周期；⑤了解零件的工作环境是否含磨粒颗粒、水分、腐蚀性气体以及温度等；⑥了解该零件机器耦合件的材料及工艺条件，尤其是实际执行的情况。必要时到生产单位调查其生产过程；⑦了解零件的寿命、磨损量；⑧在宏观及微观范围检查磨损外表及摩擦外表下的组织情况；⑨根据以上所获得的信息可判断磨损形式及磨损失