金屬磨損和接觸疲勞

1、中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院Xuhai College , China University of Mining & Technology第7章 金屬的磨損金屬的磨損與接觸疲勞7.1 摩擦和磨損的基本概念 摩擦兩個相互接觸的物體發(fā)生相對運動（或具有相對運動趨勢）時，在接觸面間產(chǎn)生切向運動阻力的現(xiàn)象，該阻力即為摩擦力。磨損由于機件之間相對摩擦的結(jié)果，引起摩擦表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑，使接觸表面不斷發(fā)生尺寸變化與重量損失。磨損是一個復(fù)雜的過程金屬的磨損與接觸疲勞機件正常運行的磨損過程一般分為三個階段（如圖）：1、跑合階段（磨合階段）2、穩(wěn)定磨損階段3、劇烈磨損階段耐磨性材料抵抗磨損的性能

2、 7.1 摩擦和磨損的基本概念 金屬的磨損與接觸疲勞磨粒磨損 磨損的分類： 疲勞磨損 粘附磨損 沖蝕磨損 腐蝕磨損 微動磨損 磨損類型 按磨損機理分 按磨損表面外觀可分為 點蝕磨損 膠合磨損 擦傷磨損 7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞一、粘著磨損 1、粘著磨損機理 粘著磨損在滑動摩擦條件下，當(dāng)摩擦副相對滑動速度較小時發(fā)生的。是由于缺乏潤滑油，摩擦副表面無氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過實際接觸點處屈服強度產(chǎn)生的一種磨損可用摩擦機理來解釋7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞其過程：粘著剪斷轉(zhuǎn)移再粘著7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 2、影響粘著磨損的因素

3、及改善措施 材料特性、法向力、滑動速度、溫度 (1) 脆性材料的抗粘著磨損能力比塑性材料高。 (2) 速度 (3) 粗糙度 (4) 溫度 (5) 法向力金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 改善措施： (1) 金屬性質(zhì)越是相近的，構(gòu)成摩擦副時粘著磨損也越嚴(yán)重。 反之，金屬間互溶程度越小，晶體結(jié)構(gòu)不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的金屬，構(gòu)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。金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞 (2) 通過表面化學(xué)熱處理，如滲硫、硫氮共滲、磷化、

4、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，含氮的化合物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。 (3) 控制摩擦滑動速度和接觸壓應(yīng)力 此外改善潤滑條件，提高表面氧化膜與基體的結(jié)合能力，降低表面粗糙度等也都可以減輕粘著磨損。7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 二、磨粒磨損 1、磨粒磨損機理 磨粒磨損是當(dāng)摩擦副一方表面存在堅硬的細(xì)微突起，或者在接觸面之間存在著硬質(zhì)粒子時所產(chǎn)生的一種磨損。 主要特征：摩擦面上有明顯犁溝 金屬的磨損與接觸疲勞 以磨損接觸物體的表面分類，分為兩體磨料磨損和三體磨料磨損。兩體磨損的情況是，磨料與一個零件表面接觸，磨料為一物體

5、，零件表面為另一物體，如犁鏵。而三體磨損，其磨損料介于兩個滑動零件表面，或者介于兩個滾動物體表面，前者如活塞與汽缸間落人磨料，后者如齒輪間落人磨料。這兩種分類法最常用。2、磨粒磨損分類7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 2、磨粒磨損分類 以力的作用特點來分： (1)鑿削式磨料磨損 (2)高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損 (3)低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損 金屬的磨損與接觸疲勞(1)鑿削式磨料磨損 其特點是磨料對材料表面有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機斗齒及顎式破碎機的襯板。 7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.2 磨損模型 (2)高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損 其特點是磨

6、料與零件表面接觸處的最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強度。如生產(chǎn)中球磨機襯板與磨球，破碎式滾筒的磨損。金屬的磨損與接觸疲勞(3) 低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損 它的特點是磨料作用于零件表面的應(yīng)力不超過磨料的壓潰強度，材料表面被輕微劃傷。如生產(chǎn)中的犁鏵，及煤礦機械中的刮板輸送機溜槽磨損情況。 7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞 此外，從磨粒硬度與被磨材料硬度來看，若磨粒硬度高于被磨材料的硬度，則屬于硬磨粒磨損；反之，為軟磨料磨損。 磨粒磨損過程可能是磨粒對摩擦表面產(chǎn)生的切削作用、塑性變形和疲勞破壞作用或脆性斷裂的結(jié)果，還可能是他們綜合作用的反映，而以某一損害為主。7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.

7、2 磨損模型 3、影響因素及改善措施 硬磨粒磨損：硬度 斷裂韌度 晶粒組織 加工硬化 碳化物 軟磨粒磨損：疲勞金屬的磨損與接觸疲勞改善措施： (1)對于以切削作用為主要機理的磨粒磨損應(yīng)增加材料硬度 (2)根據(jù)機件服役條件，合理選擇耐磨材料 (3)除了提高材料本身硬度可增加抗磨料磨損性能外，還可進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火、滲碳、氮化、表面噴鍍與堆焊來提高耐磨性。 另外，經(jīng)常注意機件防塵和清洗，防止大于1m磨粒進(jìn)入接觸面 7.2 磨損模型 金屬的磨損與接觸疲勞7.3 磨損試驗方法 1）實物磨損試驗結(jié)果可靠性高，但時間長，難于掌握和分析2）試樣磨損試驗時間短、成本低、易掌握和控制，但可靠性不高,磨損試驗機（圖

8、），通常用秤量法或測長法確定磨損量金屬的磨損與接觸疲勞7.4 接觸疲勞 一、接觸破裂現(xiàn)象 接觸疲勞工件(如齒輪、滾動軸承，鋼軌和輪箍，鑿巖機活塞和釬尾的打擊端部等)表面在接觸壓應(yīng)力的長期不斷反復(fù)作用下引起的一種表面疲勞破壞現(xiàn)象 接觸應(yīng)力：兩物體相互接觸時，在表面上產(chǎn)生的局部壓入應(yīng)力 宏觀形態(tài)：接觸表面出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱為麻點，也叫點蝕或麻點磨損。有的凹坑很深，呈“貝殼”狀，有疲勞裂紋發(fā)展線的痕跡存在。 金屬的磨損與接觸疲勞7.4 接觸疲勞 (1)點蝕 通常把深度在0.1-0.2mm以下的小塊剝落叫做點蝕。裂紋一般起源于表面。剝落坑呈針狀或痘狀。(2)(2)淺層剝落淺層剝落 其剝落深度一般為其剝落深度一般為0.2-0.4 mm0.2-0.4 mm。 (3)(3)深層剝落深層剝落 這類剝落坑較深這類剝落坑較深( (0.4mm)0.4mm)、塊大。一般、塊大。一般發(fā)生在表面強化的材料中，如發(fā)生在表面強化的材料中，如滲碳鋼中滲碳鋼中。 接觸疲勞破壞分為點蝕、淺層剝落、深層剝落三種主要類型。二、接觸疲勞類型和損傷過程金屬的磨損與接觸疲勞點蝕7.4 接觸疲勞 金屬的磨損與接觸疲勞7.4 接觸疲勞 四、影響接觸疲勞壽命的因素 接觸疲勞壽命首先取決于加載條件，特別是載荷大小。此