材料性能學 第六章

1、第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 第六章第六章材料的磨損性能材料的磨損性能 零件間的相對運動零件間的相對運動摩擦摩擦材料損耗破壞材料損耗破壞 材料的磨損不僅直接影響零件的使用壽命，還會材料的磨損不僅直接影響零件的使用壽命，還會 增加能耗，產(chǎn)生噪音和振動，造成環(huán)境污染，增加能耗，產(chǎn)生噪音和振動，造成環(huán)境污染， 因此，研究材料的磨損過程及規(guī)律，提高材料的因此，研究材料的磨損過程及規(guī)律，提高材料的 耐磨性，具有重要意義。耐磨性，具有重要意義。 本本 章章 重重 點點 1、材料的磨損方式、材料的磨損方式 2、材料的磨損機理、材料的磨損機理 3、影響

2、材料磨損的因素、影響材料磨損的因素 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 第一節(jié)第一節(jié)磨損的基本概念及類型磨損的基本概念及類型 一、摩擦與磨損的概念一、摩擦與磨損的概念 1、摩擦、摩擦 摩擦是相互接觸物體間的一種阻礙運動的現(xiàn)象。摩擦是相互接觸物體間的一種阻礙運動的現(xiàn)象。 摩擦力摩擦力 F = fN f摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)f靜靜f動動 N 接觸法向壓力接觸法向壓力 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 2、磨損、磨損 在摩擦的作用下，材料表面逐漸分離出磨屑而在摩擦的作用下，材料表面逐漸分離出磨屑而 導

3、致材料不斷損傷的現(xiàn)象導致材料不斷損傷的現(xiàn)象 。 磨損的本質磨損的本質 材料表面局部變形和斷裂，且這種變形與斷裂材料表面局部變形和斷裂，且這種變形與斷裂 是反復進行的，具有動態(tài)特征。是反復進行的，具有動態(tài)特征。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 零件正常運行的磨損過程一般分三個階段：零件正常運行的磨損過程一般分三個階段： A、跑合階段（、跑合階段（OA段）段） 零件表面被逐漸磨平，實際接觸面積不斷增大。零件表面被逐漸磨平，實際接觸面積不斷增大。 材料表層產(chǎn)生應變硬化，磨損速率逐漸下降。材料表層產(chǎn)生應變硬化，磨損速率逐漸下降。 第第 六六 章章

4、 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 B、穩(wěn)定磨損階段（、穩(wěn)定磨損階段（AB段）段） 該段為一直線，斜率即磨損速率（常數(shù)），零件該段為一直線，斜率即磨損速率（常數(shù)），零件 正常工作階段，零件正常工作階段，零件的壽命取決于該階段。的壽命取決于該階段。 C、劇烈磨損階段（、劇烈磨損階段（BC段）段） 隨著磨損量的增加，摩擦幅間隙增大，零件表面隨著磨損量的增加，摩擦幅間隙增大，零件表面 質量惡化（強化層磨穿），質量惡化（強化層磨穿），潤滑膜被破壞，引起潤滑膜被破壞，引起 劇烈振動，磨損加劇，零件快速失效。劇烈振動，磨損加劇，零件快速失效。 第第 六六 章章 材材 料

5、料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 二、磨損的基本類型二、磨損的基本類型 根據(jù)磨損面損傷和破壞的形式，將磨損分為：根據(jù)磨損面損傷和破壞的形式，將磨損分為： 粘著磨損粘著磨損 磨料磨損磨料磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 麻點疲勞磨損麻點疲勞磨損 磨損類型在一定條件下，可以相互轉化。磨損類型在一定條件下，可以相互轉化。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 如圖，摩擦副相對滑動速度與磨損類型的關系：如圖，摩擦副相對滑動速度與磨損類型的關系： 解決實際磨損問題時，要根據(jù)工作條件，確定磨解決實際磨損問題時，要根據(jù)工作條件，確定磨 損類

6、型，才能采取有效措施，減少磨損。損類型，才能采取有效措施，減少磨損。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 第二節(jié)第二節(jié)磨損過程磨損過程 一、粘著磨損（咬合磨損）一、粘著磨損（咬合磨損） 1、產(chǎn)生原因、產(chǎn)生原因 材料表面某些接觸點局部壓應力超過屈服強度發(fā)生材料表面某些接觸點局部壓應力超過屈服強度發(fā)生 粘合，隨后摩擦副相對運動時拽開（拉開）而產(chǎn)生粘合，隨后摩擦副相對運動時拽開（拉開）而產(chǎn)生 的一種表面損傷磨損。的一種表面損傷磨損。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 第第 六六 章章 材材 料料

7、 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 2、產(chǎn)生條件、產(chǎn)生條件 摩擦副相對滑動速度小，接觸面氧化膜脆弱，潤摩擦副相對滑動速度小，接觸面氧化膜脆弱，潤 滑條件差，以及接觸應力大以及機械性能相差不滑條件差，以及接觸應力大以及機械性能相差不 大的摩擦副的滑動摩擦條件下。大的摩擦副的滑動摩擦條件下。 3、磨損特征、磨損特征 摩擦副表面產(chǎn)生大小不等的結疤。摩擦副表面產(chǎn)生大小不等的結疤。 （粘著點不斷形成又不斷破壞并脫落）（粘著點不斷形成又不斷破壞并脫落） 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 4、粘著磨損的兩種形式、粘著磨損的兩種形式

8、 a、若粘著點結合強度低于兩側材料，則沿接觸若粘著點結合強度低于兩側材料，則沿接觸 面剪斷，磨損量較小，摩擦面較平滑，只有輕微面剪斷，磨損量較小，摩擦面較平滑，只有輕微 擦傷（巴氏合金擦傷（巴氏合金鋼的滑動摩擦）。鋼的滑動摩擦）。 b、若粘著點的結合強度比兩側任一材料的強度若粘著點的結合強度比兩側任一材料的強度 都高時，分離面發(fā)生在強度較弱的材料上，被剪都高時，分離面發(fā)生在強度較弱的材料上，被剪 斷的材料將轉移到強度較高的材料上，結果，使斷的材料將轉移到強度較高的材料上，結果，使 軟材料表面出現(xiàn)微小凹坑，硬材料表面形成微小軟材料表面出現(xiàn)微小凹坑，硬材料表面形成微小 凸起。使得摩擦面變得粗糙，造

9、成進一步凸起。使得摩擦面變得粗糙，造成進一步磨損磨損 （加劇磨損）。（加劇磨損）。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 這種軟材料向硬材料表面逐漸轉移積這種軟材料向硬材料表面逐漸轉移積 累，最終使不同材料之間的摩擦副滑動變累，最終使不同材料之間的摩擦副滑動變 成同種材料之間的滑動，加劇磨損，嚴重成同種材料之間的滑動，加劇磨損，嚴重 時產(chǎn)生時產(chǎn)生咬死現(xiàn)象咬死現(xiàn)象。如，鉛基合金軸瓦與鋼。如，鉛基合金軸瓦與鋼 軸之間會產(chǎn)生上述情況。軸之間會產(chǎn)生上述情況。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 5、阿

10、查得（、阿查得（J.F.Archard）估算粘著磨損量的方法：）估算粘著磨損量的方法： 設在法向力設在法向力P作用下，摩擦面上有作用下，摩擦面上有n個微凸體接觸粘著。個微凸體接觸粘著。 接觸面的真實面積為接觸面的真實面積為d2/4，則，則n個相同的接觸點同個相同的接觸點同 時塑性接觸時時塑性接觸時,法向力法向力p sc d np 3 4 2 滑動滑動 d 磨損粉磨損粉 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 單位滑動距離內出現(xiàn)的接觸點數(shù)單位滑動距離內出現(xiàn)的接觸點數(shù) N=n/d=4p/(3scd3)。 實際相對滑動中，軟材料上被拉拽出半球的幾率實際

11、相對滑動中，軟材料上被拉拽出半球的幾率 為為K，總拉拽出的磨損量，總拉拽出的磨損量W可表示為：可表示為： Hv pL K pL K L d d p KLKNVW sc sc 39 23 2 3 4 3 3 Hv為軟材料硬度，為軟材料硬度，Hv3sc V為接觸點半球體積為接觸點半球體積 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 粘著磨損系數(shù)粘著磨損系數(shù)K與接觸壓力的關系與接觸壓力的關系 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 6.影響粘著磨損的因素影響粘著磨損的因素 (1)脆性材料的抗粘著磨損能力比塑性

12、材料高。脆性材料的抗粘著磨損能力比塑性材料高。 (2)金屬性質越是相近的，構成摩擦副時粘著磨損金屬性質越是相近的，構成摩擦副時粘著磨損 也越嚴重。反之，金屬間互溶程度越小，晶體結構也越嚴重。反之，金屬間互溶程度越小，晶體結構 不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的 金屬，構成摩擦副時粘著磨損就較輕微。金屬，構成摩擦副時粘著磨損就較輕微。 滑動軸承就是這樣的例子，選用淬火鋼軸與錫基滑動軸承就是這樣的例子，選用淬火鋼軸與錫基 或鋁基軸瓦配對。在受力較小時，選用金屬與塑或鋁基軸瓦配對。在受力較小時，選用金屬與塑 料配對都能減小粘著磨損。料配對都能減小

13、粘著磨損。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 (3)通過表面化學熱處理，如滲硫、硫氮共滲、通過表面化學熱處理，如滲硫、硫氮共滲、 磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化 合物薄膜，或為硫化物，磷化物，含氮的化合合物薄膜，或為硫化物，磷化物，含氮的化合 物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘 著磨損。著磨損。 (4)改善潤滑條件。改善潤滑條件。 (5)粘著磨損嚴重時表現(xiàn)為膠合。粘著磨損嚴重時表現(xiàn)為膠合。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能

14、能 2021年6月23日星期三 7.粘著磨損失效舉例粘著磨損失效舉例 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 二、磨粒磨損（磨料磨損、研磨磨損）二、磨粒磨損（磨料磨損、研磨磨損） 1、定義、定義 是摩擦副的一方表面存在的細微凸起或接觸面間是摩擦副的一方表面存在的細微凸起或接觸面間 存在硬質粒子時產(chǎn)生的磨損。存在硬質粒子時產(chǎn)生的磨損。 前者前者兩體磨粒磨損，如銼削過程。兩體磨粒磨損，如銼削過程。 后者后者三體磨粒磨損，如拋光過程。三體磨粒磨損，如拋光過程。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 2、

15、分類、分類 按磨粒受按磨粒受 的應力大小的應力大小 鑿削式鑿削式 高應力碾碎式高應力碾碎式 低應力擦傷式低應力擦傷式 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 磨粒對摩擦副表面作用的力分法向力和切向力。磨粒對摩擦副表面作用的力分法向力和切向力。 法向力在表面形成壓痕；切向力推動磨料前進，法向力在表面形成壓痕；切向力推動磨料前進， 產(chǎn)生淺長滑痕（切痕）。產(chǎn)生淺長滑痕（切痕）。 3、特征、特征 摩擦面上有擦傷或摩擦面上有擦傷或 溝槽（犁溝）。溝槽（犁溝）。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 4.磨料

16、磨損的機制磨料磨損的機制 微觀切削微觀切削 （2）微觀犁溝）微觀犁溝 （3）微觀斷裂（剝落）微觀斷裂（剝落） 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 5、磨粒切削磨損模型、磨粒切削磨損模型 壓力壓力P將硬材料的凸出部分或磨粒（圓錐體）壓將硬材料的凸出部分或磨粒（圓錐體）壓 入較軟材料中入較軟材料中 p/r2=3sc p=3scr2=Hvr2 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 被切削下來的軟材料體積，即為磨損量被切削下來的軟材料體積，即為磨損量W，可表，可表 示為示為W=r2Ltg p=3scr

17、2=Hr2 H PL K PL W sc tan 3 tan 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 6.影響磨粒磨損的因素影響磨粒磨損的因素 (1)磨料的硬度、大小及形狀，磨粒的韌磨料的硬度、大小及形狀，磨粒的韌 性、壓碎強度等。性、壓碎強度等。 (2)外界載荷大小、滑動距離及滑動速度。外界載荷大小、滑動距離及滑動速度。 (3)材料自身的硬度及內部組織材料自身的硬度及內部組織 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 三、接觸疲勞（滾動軸承、齒輪）三、接觸疲勞（滾動軸承、齒輪） 1、定義、定義 接觸

18、疲勞是兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦接觸疲勞是兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦 時，交變接觸壓應力長期作用，使材料表面疲勞時，交變接觸壓應力長期作用，使材料表面疲勞 損傷，局部出現(xiàn)片狀或塊狀剝落的現(xiàn)象損傷，局部出現(xiàn)片狀或塊狀剝落的現(xiàn)象表面疲表面疲 勞磨損或麻點磨損。勞磨損或麻點磨損。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 2、特征、特征 接觸表面出現(xiàn)許多痘狀，貝殼接觸表面出現(xiàn)許多痘狀，貝殼狀或不規(guī)則形狀狀或不規(guī)則形狀 的麻坑（點）的麻坑（點） 麻點剝落（麻點剝落（0.10.2mm） 淺層剝落淺層剝落(0.20.4mm) 深層剝落深層剝落(0.

19、4mm) 接觸疲勞與一般疲勞接觸疲勞與一般疲勞 相似，只是裂紋形成相似，只是裂紋形成 過程長，而擴展階段過程長，而擴展階段 僅占總過程的很短時僅占總過程的很短時 間。間。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 接觸疲勞的表面形貌接觸疲勞的表面形貌 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 3、接觸應力的概念、接觸應力的概念 兩物體相互接觸時，在局部表面產(chǎn)生的壓應力稱兩物體相互接觸時，在局部表面產(chǎn)生的壓應力稱 為接觸應力。為接觸應力。 接觸接觸 點接觸：滾珠軸承點接觸：滾珠軸承 線接觸：齒輪線接觸：齒

20、輪 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 a、圓柱體的線接觸應力、圓柱體的線接觸應力 設有兩圓柱體，半徑分別為設有兩圓柱體，半徑分別為R1，R2，長度為，長度為L； 未變形前兩者是線接觸，施加法向力未變形前兩者是線接觸，施加法向力P后，因彈后，因彈 性變形成為面接觸，接觸面積為性變形成為面接觸，接觸面積為2bL，根據(jù)彈性，根據(jù)彈性 力學，接觸壓應力力學，接觸壓應力z沿沿2b（寬度）呈半橢圓規(guī)（寬度）呈半橢圓規(guī) 律分布。在接觸面中心，壓應力達到最大值。律分布。在接觸面中心，壓應力達到最大值。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性

21、能能 2021年6月23日星期三 E為綜合彈性模量：為綜合彈性模量： E1，E2兩圓柱的彈性模數(shù)兩圓柱的彈性模數(shù) 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 實際接觸應力是三向壓應力實際接觸應力是三向壓應力z、x、y， 最大切應力最大切應力yz45max，在，在Z=0.786b深處最大深處最大, 且且yz45max0.3 zmax 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 b、球體的點接觸應力、球體的點接觸應力 （滾珠與軸承套圈之間的接觸）（滾珠與軸承套圈之間的接觸） 第第 六六 章章 材材 料料 的的

22、磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 最大切應力最大切應力yz45max發(fā)生在發(fā)生在Z=0.786b深處深處 yz45max=0.3 max 以上為純滾動時的值，若兩接觸物體既作滾動又以上為純滾動時的值，若兩接觸物體既作滾動又 有滑動，則應附加切向摩擦力，最大切應力分布有滑動，則應附加切向摩擦力，最大切應力分布 如圖如圖: 當摩擦系數(shù)當摩擦系數(shù)f0.2時，最大時，最大 切應力位置移到材料表面，切應力位置移到材料表面， 此時接觸疲勞裂紋源也移此時接觸疲勞裂紋源也移 到表面。到表面。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 4、接觸疲勞

23、過程、接觸疲勞過程 當最大切應力超過材料屈服強度時，便在此處引當最大切應力超過材料屈服強度時，便在此處引 起塑性變形，經(jīng)過多次循環(huán)作用后，裂紋便在此起塑性變形，經(jīng)過多次循環(huán)作用后，裂紋便在此 處產(chǎn)生（萌生）。處產(chǎn)生（萌生）。 a、麻點剝落、麻點剝落 多發(fā)生在滾動多發(fā)生在滾動+滑動場合，最大切應力位置移至滑動場合，最大切應力位置移至 表層表層,f0.2，使表層材料累積損傷，結果在表層，使表層材料累積損傷，結果在表層 萌生裂紋。萌生裂紋。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 在此后的循環(huán)中，潤滑油反復擠入裂紋內形成在此后的循環(huán)中，潤滑油反復擠入裂

24、紋內形成 油楔，使裂紋沿與滾動方向傾斜角小于油楔，使裂紋沿與滾動方向傾斜角小于45方向方向 擴展（滾動擴展（滾動+滑動疊加）；滑動疊加）； 滑動摩擦力越大，傾角越小，當裂紋擴展到一滑動摩擦力越大，傾角越小，當裂紋擴展到一 定深度后，裂紋與表層材料間猶如受彎曲的懸定深度后，裂紋與表層材料間猶如受彎曲的懸 臂梁被折斷臂梁被折斷形成形成0.10.2mm的痘狀凹坑，即的痘狀凹坑，即 麻點剝落。麻點剝落。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 b、淺層剝落、淺層剝落 純滾動或摩擦力很小純滾動或摩擦力很小,f0.55時時 產(chǎn)生深層剝落（大塊剝落）。產(chǎn)生深層

25、剝落（大塊剝落）。 b、當切應力當切應力/抗切強度抗切強度=0.50.55時時 產(chǎn)生表層剝落和麻點剝落混合區(qū)。產(chǎn)生表層剝落和麻點剝落混合區(qū)。 c、當切應力、當切應力/抗切強度抗切強度0.5時時 產(chǎn)生麻點剝落。產(chǎn)生麻點剝落。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 影響接觸疲勞壽命的若干因素影響接觸疲勞壽命的若干因素 接觸疲勞壽命首先取決于加載條件，特別是載荷接觸疲勞壽命首先取決于加載條件，特別是載荷 大小。此外，還與許多其它因素有關，這里僅簡大小。此外，還與許多其它因素有關，這里僅簡 敘其中若干有代表性的因素。敘其中若干有代表性的因素。 1非金屬

26、夾雜物非金屬夾雜物 2馬氏體含碳量馬氏體含碳量 3剩余碳化物顆粒大小和數(shù)量剩余碳化物顆粒大小和數(shù)量 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 第三節(jié)第三節(jié)耐磨性及其測量方法耐磨性及其測量方法 一、材料的耐磨性一、材料的耐磨性 1、耐磨性：是指材料抵抗磨損的能力。、耐磨性：是指材料抵抗磨損的能力。 2、耐磨性的表征方法：通常用磨損量表示，、耐磨性的表征方法：通常用磨損量表示， 磨損量磨損量耐磨性耐磨性。 3、磨損量：用質量法或尺寸法衡量、磨損量：用質量法或尺寸法衡量 質量法：磨損前后的質量變化量（精密分析天平）。質量法：磨損前后的質量變化量（精密分析

27、天平）。 尺寸法：磨損前后的表面法向尺寸變化尺寸法：磨損前后的表面法向尺寸變化 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 4、比磨損量：單位摩擦距離，單位壓力下的磨損量。、比磨損量：單位摩擦距離，單位壓力下的磨損量。 5、相對耐磨性：、相對耐磨性： =標準試樣的磨損量標準試樣的磨損量/被測樣的磨損量被測樣的磨損量 6、磨損系數(shù)：、磨損系數(shù)：1/ 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 二、磨損試驗方法二、磨損試驗方法 1、磨損試驗、磨損試驗 實物試驗實物試驗與實際情況相同（似），結果可靠，與實際情況相

28、同（似），結果可靠， 但周期長，單因素的影響，難以分析。但周期長，單因素的影響，難以分析。 實驗室試驗實驗室試驗 周期短，成本低，易于控制各影響因素，但結果不能周期短，成本低，易于控制各影響因素，但結果不能 直接反映實際情況。直接反映實際情況。 （1）試樣試驗）試樣試驗 （2）臺架試驗）臺架試驗 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 銷盤式銷盤式 環(huán)塊式環(huán)塊式 往復運動式往復運動式 對滾式對滾式砂紙磨損式砂紙磨損式 快速磨損試驗機快速磨損試驗機 2、實驗室常用摩擦磨損試驗機、實驗室常用摩擦磨損試驗機 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損

29、損 性性 能能 2021年6月23日星期三 3、選擇磨損試驗方法的依據(jù)、選擇磨損試驗方法的依據(jù) a、摩擦副運動方式：往復、旋轉、摩擦副運動方式：往復、旋轉 b、摩擦方式：滾動、滑動、復合、摩擦方式：滾動、滑動、復合 c、試樣形狀：尺寸、載荷、速度、溫度、試樣形狀：尺寸、載荷、速度、溫度 盡可能接近實際情況。盡可能接近實際情況。 注意問題注意問題 磨損試驗結果分散性大，應做多次（磨損試驗結果分散性大，應做多次（45次）次） 試驗，取平均值。試驗，取平均值。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 4.接觸疲勞試驗接觸疲勞試驗 常用接觸疲勞實驗機常用

30、接觸疲勞實驗機 雙面對滾式雙面對滾式 單面對滾式單面對滾式 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 止推式止推式 通過實驗，測出通過實驗，測出maxN曲線（接觸疲勞曲線），曲線（接觸疲勞曲線）， 即最大接觸壓應力與斷裂周次曲線。即最大接觸壓應力與斷裂周次曲線。 圖中，水平線對應的應力為接觸疲勞強度，斜線圖中，水平線對應的應力為接觸疲勞強度，斜線 為過載持久值。為過載持久值。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 接觸疲勞極限的循環(huán)基數(shù)接觸疲勞極限的循環(huán)基數(shù)N0，以不產(chǎn)生大量擴，以不產(chǎn)生大量擴 展性

31、麻點為依據(jù)展性麻點為依據(jù) 低碳鋼低碳鋼N0=24 106 周次周次 淬火淬火+回火鋼回火鋼N0=1020 106 周次周次 鑄鐵鑄鐵N0=（26） 106 周次周次 銅合金銅合金N0=（310） 106 周次周次 當應力低于接觸疲勞強度時，經(jīng)過相當數(shù)量的循當應力低于接觸疲勞強度時，經(jīng)過相當數(shù)量的循 環(huán)后，雖可能產(chǎn)生一些麻點，但均是非擴展性的。環(huán)后，雖可能產(chǎn)生一些麻點，但均是非擴展性的。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 當應力大于接觸疲勞強度時，麻點不斷長當應力大于接觸疲勞強度時，麻點不斷長 大，數(shù)量急劇增多。大，數(shù)量急劇增多。 測出完整的

32、接觸疲勞曲線非常困難，一般只作測出完整的接觸疲勞曲線非常困難，一般只作 過載區(qū)的接觸疲勞壽命。過載區(qū)的接觸疲勞壽命。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 第四節(jié)第四節(jié)提高材料耐磨性的途徑提高材料耐磨性的途徑 一、減輕粘著磨損的主要措施一、減輕粘著磨損的主要措施 1、合理選擇摩擦副材料、合理選擇摩擦副材料 互溶性少互溶性少 粘著傾向小粘著傾向小 選擇非同種或晶格類型不同，選擇非同種或晶格類型不同， 電子密度、電化學性質差異電子密度、電化學性質差異 大的材料配對。大的材料配對。 強度高不易塑變強度高不易塑變 保護價值高的一方保護價值高的一方 第第

33、 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 2、 避免避免 兩摩擦兩摩擦 副間直副間直 接接觸接接觸 增大氧化膜的穩(wěn)定性，提高氧化增大氧化膜的穩(wěn)定性，提高氧化 膜的附著力膜的附著力 降低表面粗糙度，提高實際接觸降低表面粗糙度，提高實際接觸 面積面積 改善潤滑條件改善潤滑條件 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 3 3、表面改性處理、表面改性處理 采用滲硫、滲磷、滲氮、復合采用滲硫、滲磷、滲氮、復合MoSMoS2 2、 PTFEPTFE復合等工藝，在接觸面形成一層化復合等工藝，在接觸面形成一層化 合合 物

34、或非金屬層（或復合涂層），既防止物或非金屬層（或復合涂層），既防止 粘粘 著又降低摩擦系數(shù)。著又降低摩擦系數(shù)。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 4.工作條件的影響工作條件的影響 （1）摩擦速度一定時，粘著磨損量隨接觸壓力）摩擦速度一定時，粘著磨損量隨接觸壓力 的增大而增加，而在接觸一定的情況下，粘著磨的增大而增加，而在接觸一定的情況下，粘著磨 損量也隨滑動摩擦速度的增加而增加，但達到某損量也隨滑動摩擦速度的增加而增加，但達到某 一極大值后，又隨滑動摩擦速度增加而減小一極大值后，又隨滑動摩擦速度增加而減小 （2）提高光潔度，將增加抗粘著磨損

35、能力，）提高光潔度，將增加抗粘著磨損能力， 但光潔度過高，反而潤滑劑不能儲存于摩擦面但光潔度過高，反而潤滑劑不能儲存于摩擦面 內而促進粘著，在摩擦面內維持良好的潤滑狀內而促進粘著，在摩擦面內維持良好的潤滑狀 態(tài)能顯著降低粘著磨損量。態(tài)能顯著降低粘著磨損量。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 二、減輕磨粒磨損的主要措施二、減輕磨粒磨損的主要措施 1、低應力磨粒磨損：、低應力磨粒磨損： 提高表面硬度提高表面硬度 （表面淬火、滲碳、滲氮、涂層等）。（表面淬火、滲碳、滲氮、涂層等）。 2、高應力、沖擊載荷、高應力、沖擊載荷 下的磨粒磨損下的磨粒磨損

36、 基體強化基體強化 （等溫淬火（等溫淬火貝氏體）貝氏體） 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 3、改善、改善 第二相第二相 的數(shù)量、的數(shù)量、 形態(tài)、形態(tài)、 分布情分布情 況，提況，提 高耐磨高耐磨 粒磨損粒磨損 能力。能力。 碳化物碳化物 脆性相脆性相彌散分布彌散分布 耐磨性耐磨性 殘余奧氏體殘余奧氏體 韌性相韌性相 基體韌性基體韌性 4、機件、潤滑油防塵，經(jīng)常過濾潤滑油，、機件、潤滑油防塵，經(jīng)常過濾潤滑油，除去磨粒。除去磨粒。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 5、摩擦副硬度合理、摩擦副

37、硬度合理 Hm = 1.3Ha 摩擦副硬度摩擦副硬度磨粒硬度磨粒硬度 6、耐磨鋼、耐磨鋼 高錳鋼高錳鋼Mn13 淬火后淬火后 單相奧氏體單相奧氏體 沖擊載荷沖擊載荷 -碳化物碳化物沿滑移面產(chǎn)生沿滑移面產(chǎn)生 表層硬度急劇提高，心部表層硬度急劇提高，心部 仍保持良好的韌性。仍保持良好的韌性。 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 7.斷裂韌度也影響金屬材料磨粒磨損斷裂韌度也影響金屬材料磨粒磨損 耐磨性耐磨性 KIC 耐耐 磨磨 性性 和和 硬硬 度度 12 3 1.磨損受斷裂過程控制，磨損受斷裂過程控制， 耐磨性隨耐磨性隨KIC提高而提高提高而提高 2.當硬度跟斷裂韌度配當硬度跟斷裂韌度配 合最佳時，耐磨性最高合最佳時，耐磨性最高 3.耐磨性隨硬度降低而耐磨性隨硬度降低而 下降，可見磨粒磨損抗下降，可見磨粒磨損抗 力不唯一決定于硬度，力不唯一決定于硬度， 還與材料的韌性有關還與材料的韌性有關 第第 六六 章章 材材 料料 的的 磨磨 損損 性性 能能 2021年6月23日星期三 三、提高接觸疲勞抗力的措施三、提高接觸疲勞抗力的措施 1、采用脆性氧化物含量低的鋼材，或在鋼中形成、采用脆性氧化物含量低的