第八章 材料的摩擦與磨損性能

1、第八章第八章 材料的摩擦與磨損性能材料的摩擦與磨損性能任何機器運轉時，相互接觸的零件之間都將因任何機器運轉時，相互接觸的零件之間都將因相對運動而產生摩擦，而磨損正是由于摩擦產相對運動而產生摩擦，而磨損正是由于摩擦產生的結果。由于磨損，將造成表層材料的損耗生的結果。由于磨損，將造成表層材料的損耗，零件尺寸發(fā)生變化，直接影響了零件的使用，零件尺寸發(fā)生變化，直接影響了零件的使用壽命。壽命。材料性能學材料性能學近二三十年國外把摩擦、潤滑和磨損，構成近二三十年國外把摩擦、潤滑和磨損，構成了一門獨立的邊緣學科叫了一門獨立的邊緣學科叫摩擦學摩擦學。但從材料。但從材料學科特別是從材料的工程應用來看，人們更學科

2、特別是從材料的工程應用來看，人們更重視研究材料的磨損。據不完全統(tǒng)計，世界重視研究材料的磨損。據不完全統(tǒng)計，世界能源的能源的1 13 31 12 2消耗于摩擦，而機械零件消耗于摩擦，而機械零件8080失效原因是磨損。失效原因是磨損。材料性能學材料性能學8.1 8.1 摩擦與磨損的基本概念摩擦與磨損的基本概念8.1.1 8.1.1 摩擦定義摩擦定義 兩個相互接觸的物體或物體與介質之間在外力作兩個相互接觸的物體或物體與介質之間在外力作用下，發(fā)生相對運動，或者具有相對運動的趨勢時，用下，發(fā)生相對運動，或者具有相對運動的趨勢時，在接觸表面上所產生的阻礙作用稱為摩擦。這種阻礙在接觸表面上所產生的阻礙作用稱

3、為摩擦。這種阻礙相對運動的阻力稱為摩擦力。相對運動的阻力稱為摩擦力。 摩擦有利有害，但多數(shù)情況下是不利的。例如，摩擦有利有害，但多數(shù)情況下是不利的。例如，機械運轉時的摩擦，造成能量的無益的損耗和機器壽機械運轉時的摩擦，造成能量的無益的損耗和機器壽命的縮短，并降低機器效率。通常要減小摩擦。摩擦命的縮短，并降低機器效率。通常要減小摩擦。摩擦優(yōu)勢不可缺少的，如，人的行走、汽車的行駛都必須優(yōu)勢不可缺少的，如，人的行走、汽車的行駛都必須依靠腳或車輪與地面的摩擦。依靠腳或車輪與地面的摩擦。摩擦力的方向總是沿著接觸面的切線方向，跟摩擦力的方向總是沿著接觸面的切線方向，跟物體相對運動方向相反，阻礙物體間的相對

4、運物體相對運動方向相反，阻礙物體間的相對運動。動。摩擦力摩擦力(F)(F)與施加在摩擦面上的法向壓力與施加在摩擦面上的法向壓力(P)(P)之之比稱為摩擦系數(shù)，以比稱為摩擦系數(shù)，以表示表示 =F/P=F/P。材料性能學材料性能學2. 2. 摩擦的機理摩擦的機理（1）凸凹嚙合說）凸凹嚙合說 1699年阿蒙頓和海亞等當兩個凹凸不平的表面接年阿蒙頓和海亞等當兩個凹凸不平的表面接觸時，凹凸部分彼此交錯嚙合，在發(fā)生相對運動時，觸時，凹凸部分彼此交錯嚙合，在發(fā)生相對運動時，互相交錯嚙合的凹凸部分阻礙物體的運動。摩擦力就互相交錯嚙合的凹凸部分阻礙物體的運動。摩擦力就是所有嚙合點切向阻力的總和。接觸表面越粗糙，

5、摩是所有嚙合點切向阻力的總和。接觸表面越粗糙，摩擦力和摩擦系數(shù)越大。擦力和摩擦系數(shù)越大。（2）黏附說）黏附說最早英國學者德薩左利厄斯于最早英國學者德薩左利厄斯于1734年提出，認為兩年提出，認為兩個表面拋的很光的金屬，摩擦會增大，可以用兩個物個表面拋的很光的金屬，摩擦會增大，可以用兩個物體的表面充分接觸時它們的分子引力將增大來解釋。體的表面充分接觸時它們的分子引力將增大來解釋。（3）新的摩擦黏附論。）新的摩擦黏附論。材料性能學材料性能學新的摩擦粘附論認為，兩個相互接觸的表面，無論做得多么光滑，從原新的摩擦粘附論認為，兩個相互接觸的表面，無論做得多么光滑，從原子尺度看，還是粗糙的，有許多微小的凸

6、起，把這樣的兩個表面放在一子尺度看，還是粗糙的，有許多微小的凸起，把這樣的兩個表面放在一起，微凸起的頂部發(fā)生接觸，微凸起之外的部分接觸面間有起，微凸起的頂部發(fā)生接觸，微凸起之外的部分接觸面間有10-8m或或更大的間隙。這樣，接觸的微凸起的頂部承受了接觸面上的法向壓力。更大的間隙。這樣，接觸的微凸起的頂部承受了接觸面上的法向壓力。如果這個壓力很小，微凸起的頂部發(fā)生彈性形變；如果法向壓力較大，如果這個壓力很小，微凸起的頂部發(fā)生彈性形變；如果法向壓力較大，超過某一數(shù)值（每個凸起上約千分之幾牛頓），超過材料的彈性限度，超過某一數(shù)值（每個凸起上約千分之幾牛頓），超過材料的彈性限度，微凸起的頂部便發(fā)生塑性

7、形變，被壓成平頂，這時互相接觸的兩個物體微凸起的頂部便發(fā)生塑性形變，被壓成平頂，這時互相接觸的兩個物體之間距離變小到分子（原子）引力發(fā)生作用的范圍，于是，兩個緊壓著之間距離變小到分子（原子）引力發(fā)生作用的范圍，于是，兩個緊壓著的接觸面上產生了原子性黏合。這時，要使兩個彼此接觸的表面發(fā)生相的接觸面上產生了原子性黏合。這時，要使兩個彼此接觸的表面發(fā)生相對滑動，必須對其中的一個表面施加一個切向力，來克服分子（原子）對滑動，必須對其中的一個表面施加一個切向力，來克服分子（原子）間的引力，剪斷實際接觸區(qū)生成的接點，這就產生了摩擦。間的引力，剪斷實際接觸區(qū)生成的接點，這就產生了摩擦。人們通過不斷試驗和分析

8、計算，發(fā)現(xiàn)上述兩種理論提出的機理都能產生人們通過不斷試驗和分析計算，發(fā)現(xiàn)上述兩種理論提出的機理都能產生摩擦，其中粘附理論提的機理比嚙合理論更普遍。但在不同的材料上，摩擦，其中粘附理論提的機理比嚙合理論更普遍。但在不同的材料上，兩種機理的表現(xiàn)有所偏向：金屬材料，產生的摩擦以粘附作用為主；而兩種機理的表現(xiàn)有所偏向：金屬材料，產生的摩擦以粘附作用為主；而對木材，產生的摩擦以嚙合作用為主；實際上，關于摩擦力的本質，目對木材，產生的摩擦以嚙合作用為主；實際上，關于摩擦力的本質，目前尚未有定論，仍在深入討論中。前尚未有定論，仍在深入討論中。材料性能學材料性能學8.1.2 8.1.2 磨損磨損1.1.磨損的

9、定義與分類磨損的定義與分類機件表面相接觸并做相對運動時，表面逐漸有微小顆機件表面相接觸并做相對運動時，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑（松散的尺寸與形狀均不相同的粒分離出來形成磨屑（松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑），使表面材料逐漸流失（導致機件尺寸變化和碎屑），使表面材料逐漸流失（導致機件尺寸變化和質量損失）、造成表面損傷的現(xiàn)象即為磨損。質量損失）、造成表面損傷的現(xiàn)象即為磨損。 磨損主要是力學作用引起的，但并非單一力學過磨損主要是力學作用引起的，但并非單一力學過程。引起磨損的原因既有力學作用，也有物理和化學程。引起磨損的原因既有力學作用，也有物理和化學作用，因此摩擦副材料、潤滑條件、加載方式

10、和大小作用，因此摩擦副材料、潤滑條件、加載方式和大小、相對運動特性（方式和速度）以及工作溫度等諸多、相對運動特性（方式和速度）以及工作溫度等諸多因素均影響磨損量的大小，所以，磨損也是一個系統(tǒng)因素均影響磨損量的大小，所以，磨損也是一個系統(tǒng)過程。過程。材料性能學材料性能學磨損是一種十分復雜的微觀動態(tài)過程，影響因素甚多磨損是一種十分復雜的微觀動態(tài)過程，影響因素甚多，因此關于磨損分類方法也較多。最常見的，因此關于磨損分類方法也較多。最常見的磨損分類磨損分類是按磨損機理來分類，即粘著磨損、磨料磨損、沖蝕是按磨損機理來分類，即粘著磨損、磨料磨損、沖蝕磨損、微動磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等。磨損、微動磨損、疲

11、勞磨損、腐蝕磨損等。 磨損造成的經濟損失：磨粒磨損磨損造成的經濟損失：磨粒磨損50%、黏著磨損、黏著磨損15%、沖蝕磨損和微動磨損各、沖蝕磨損和微動磨損各8%、腐蝕磨損、腐蝕磨損5%。 實際工況中，材料的磨損往往不只是一種機理在實際工況中，材料的磨損往往不只是一種機理在起作用，而是幾種機理同時存在，只不過是某一種機起作用，而是幾種機理同時存在，只不過是某一種機理起主要作用而已。而當條件變化時，磨損也會發(fā)生理起主要作用而已。而當條件變化時，磨損也會發(fā)生變化，會以一種機理為主轉變?yōu)橐粤硪环N機理為主。變化，會以一種機理為主轉變?yōu)橐粤硪环N機理為主。這就要求我們對實際的磨損情況要具體地加以分析，這就要求

12、我們對實際的磨損情況要具體地加以分析，找出主要的磨損方式或磨損機理找出主要的磨損方式或磨損機理材料性能學材料性能學磨損過程試樣表面粗試樣表面粗糙的峰接觸糙的峰接觸，實際接觸，實際接觸面積小，磨面積小，磨損較大，隨損較大，隨著跑合的進著跑合的進行，實際接行，實際接觸面積增加觸面積增加磨損恒定，工件磨損恒定，工件的服役階段的服役階段磨損間隙加磨損間隙加大，磨耗嚴大，磨耗嚴重，工件表重，工件表面質量差，面質量差，振動嚴重振動嚴重材料性能學材料性能學：磨合階段：磨合階段出現(xiàn)在摩擦副的初始運動階段出現(xiàn)在摩擦副的初始運動階段，由于表面存在粗糙度，由于表面存在粗糙度，微凸體接觸面積小，接觸應力大，磨損速度快

13、。微凸體接觸面積小，接觸應力大，磨損速度快。 在一在一定載荷作用下，摩擦表面逐漸磨平，實際接觸面積逐定載荷作用下，摩擦表面逐漸磨平，實際接觸面積逐漸增大，磨損速度逐漸減慢，如圖所示。漸增大，磨損速度逐漸減慢，如圖所示。材料性能學材料性能學穩(wěn)定磨損階段：穩(wěn)定磨損階段：出現(xiàn)在摩擦副的正常運行階段。出現(xiàn)在摩擦副的正常運行階段。經過跑合，摩擦表面加經過跑合，摩擦表面加工硬化，微觀幾何形狀改變，實際接觸面積增大，壓強工硬化，微觀幾何形狀改變，實際接觸面積增大，壓強降低，從而降低，從而建立了彈性接觸的條件建立了彈性接觸的條件，這時磨損已經穩(wěn)定，這時磨損已經穩(wěn)定下來，如圖所示，下來，如圖所示，磨損量隨時間增

14、大緩慢增大磨損量隨時間增大緩慢增大。材料性能學材料性能學 劇烈磨損階段：劇烈磨損階段：由于摩擦條件發(fā)生較大的變化由于摩擦條件發(fā)生較大的變化( (如如溫度的急劇增高，金屬組織的變化等溫度的急劇增高，金屬組織的變化等) )，磨損速度急，磨損速度急劇增加。這時機械效率下降，精度降低，出現(xiàn)異常的劇增加。這時機械效率下降，精度降低，出現(xiàn)異常的噪音及振動，最后導致零件完全失效。噪音及振動，最后導致零件完全失效。* * * 從磨損過程的變化來看，為了提高機器零件的從磨損過程的變化來看，為了提高機器零件的使用壽命，應盡量延長使用壽命，應盡量延長“穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段”。材料性能學材料性能學 2. 2. 耐

15、磨性耐磨性耐磨性是材料抵抗磨損的性能，這是一個系統(tǒng)性質。通常用磨耐磨性是材料抵抗磨損的性能，這是一個系統(tǒng)性質。通常用磨損量來表示材料的耐磨性，磨損量越小，耐磨性越高。損量來表示材料的耐磨性，磨損量越小，耐磨性越高。表示磨損量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸減少量來表，表示磨損量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸減少量來表，稱為線磨損量；稱為線磨損量；也可用體積和重量法來表示，分別稱為體積磨損量和重量磨損也可用體積和重量法來表示，分別稱為體積磨損量和重量磨損量。量。測量單位摩擦距離、單位壓力下的磨損量，則稱為比磨損量。測量單位摩擦距離、單位壓力下的磨損量，則稱為比磨損量。失重法的磨損量單位是失重法

16、的磨損量單位是mg/(cm2.1000m)mg/(cm2.1000m)，表示則，表示則1000m1000m行程上行程上每每cm2cm2面積的失重面積的失重mgmg數(shù)。數(shù)。相對耐磨性（相對耐磨性（）表示所研究材料的耐磨性。）表示所研究材料的耐磨性。材料性能學材料性能學8.2 磨損模型磨損模型8.2.1 8.2.1 黏著磨損黏著磨損1.1.定義與分類定義與分類粘著磨損又稱咬合磨損。由于零件表面某些接觸點在高粘著磨損又稱咬合磨損。由于零件表面某些接觸點在高的局部壓力下發(fā)生粘合，在相互滑動時，粘著點又被剪的局部壓力下發(fā)生粘合，在相互滑動時，粘著點又被剪切分開，接觸面上有金屬磨屑被拉拽出來，這種過程反切

17、分開，接觸面上有金屬磨屑被拉拽出來，這種過程反復進行很多次，便導致了表面的損傷。復進行很多次，便導致了表面的損傷。 材料性能學材料性能學v粘著磨損多發(fā)生在粘著磨損多發(fā)生在摩擦副摩擦副相對滑動速度小、接觸面相對滑動速度小、接觸面氧化膜脆弱、潤滑較差、接觸應力大的滑動摩擦條氧化膜脆弱、潤滑較差、接觸應力大的滑動摩擦條件下件下.v當粘著點的結合強度低于兩側材料時，則沿接觸面當粘著點的結合強度低于兩側材料時，則沿接觸面剪斷，磨損量??；剪斷，磨損量??；v當粘著點的結合強度高于兩側材料時，剪斷面發(fā)生當粘著點的結合強度高于兩側材料時，剪斷面發(fā)生在強度小的材料上，被剪斷的材料轉移到強度高的在強度小的材料上，被

18、剪斷的材料轉移到強度高的材料上，軟材料表面形成凹坑而硬材料表面形成凸材料上，軟材料表面形成凹坑而硬材料表面形成凸起，磨損加劇。起，磨損加劇。v黏著磨損過程有材料轉移，所以摩擦副一方金屬表黏著磨損過程有材料轉移，所以摩擦副一方金屬表面常粘附一層很薄的轉移膜，并伴有化學成分變化，面常粘附一層很薄的轉移膜，并伴有化學成分變化，這是判斷黏著磨損的重要特征。這是判斷黏著磨損的重要特征。材料性能學材料性能學粘著磨損的形式：粘著磨損的形式：（1 1）輕微黏著磨損：粘著點的結合強度低于摩擦副材）輕微黏著磨損：粘著點的結合強度低于摩擦副材料強度，剪切發(fā)生則界面上，摩擦因數(shù)增大，但磨損料強度，剪切發(fā)生則界面上，摩

19、擦因數(shù)增大，但磨損卻小，材料轉移也不顯著。通常金屬表面有氧化膜、卻小，材料轉移也不顯著。通常金屬表面有氧化膜、硫化膜時或其他涂層時。硫化膜時或其他涂層時。（2 2）一般黏著磨損：當粘著點強度高于摩擦副中較）一般黏著磨損：當粘著點強度高于摩擦副中較軟材料的剪切強度時，破壞將發(fā)生在離結合面不遠軟材料的剪切強度時，破壞將發(fā)生在離結合面不遠的軟材料表層內，因而軟材料轉移到硬材料表面上的軟材料表層內，因而軟材料轉移到硬材料表面上。磨損因數(shù)與輕微黏著磨損差不多，但磨損程度加。磨損因數(shù)與輕微黏著磨損差不多，但磨損程度加重。重。材料性能學材料性能學（3）擦傷磨損）擦傷磨損 粘著強度比摩擦副的兩基體金屬的強度都

20、高。剪粘著強度比摩擦副的兩基體金屬的強度都高。剪切主要發(fā)生在軟金屬的表層內，有時也發(fā)生在硬金切主要發(fā)生在軟金屬的表層內，有時也發(fā)生在硬金屬的表層內，轉移到硬金屬上的粘著物又刮削軟金屬的表層內，轉移到硬金屬上的粘著物又刮削軟金屬表面，使軟金屬表面出現(xiàn)劃痕，所以擦傷主要發(fā)屬表面，使軟金屬表面出現(xiàn)劃痕，所以擦傷主要發(fā)生在軟金屬表層，硬金屬表面也偶有劃傷。生在軟金屬表層，硬金屬表面也偶有劃傷。（4） 咬合磨損咬合磨損 如果粘著強度比兩金屬基體的強度高得多，而且如果粘著強度比兩金屬基體的強度高得多，而且粘著點面積較大時，剪切發(fā)生在對磨材料的基體內粘著點面積較大時，剪切發(fā)生在對磨材料的基體內，破壞發(fā)生在一

21、個或兩個金屬表層深的地方。此時，破壞發(fā)生在一個或兩個金屬表層深的地方。此時兩表面將出現(xiàn)嚴重磨損。甚至摩擦副之間咬死而不兩表面將出現(xiàn)嚴重磨損。甚至摩擦副之間咬死而不能相對滑動能相對滑動材料性能學材料性能學2 2 粘著磨損模型粘著磨損模型由于摩擦熱使局部達到很高溫度，并使某些位由于摩擦熱使局部達到很高溫度，并使某些位置焊合起來。這種焊接叫顯微焊接或冷焊。置焊合起來。這種焊接叫顯微焊接或冷焊。材料性能學材料性能學材料性能學材料性能學輾軋平滑區(qū)特征輾軋平滑區(qū)特征微裂紋特征微裂紋特征材料性能學材料性能學 阿查德估算模型阿查德估算模型公式表明：粘著磨損所造成的體積磨損量和載公式表明：粘著磨損所造成的體積磨

22、損量和載荷及滑動距離成正比，與材料的硬度成反比。荷及滑動距離成正比，與材料的硬度成反比。式中式中K K稱為粘著磨損系數(shù)，決定于摩擦條件和摩稱為粘著磨損系數(shù)，決定于摩擦條件和摩擦副材料。當壓力不超過鋼的硬度的擦副材料。當壓力不超過鋼的硬度的1/31/3時，實時，實驗證明這一公式所表示的規(guī)律是正確的。驗證明這一公式所表示的規(guī)律是正確的。材料性能學材料性能學壓力超過鋼的屈服強度時，壓力超過鋼的屈服強度時，K K值急劇增大，磨損值急劇增大，磨損也急劇增大，結果造成大面積的焊合和咬死。此也急劇增大，結果造成大面積的焊合和咬死。此時整個表面發(fā)生塑性變形，接觸面積不再與載荷時整個表面發(fā)生塑性變形，接觸面積不

23、再與載荷成正比。成正比。材料性能學材料性能學3.3.影響粘著磨損的因素影響粘著磨損的因素(1)(1)脆性材料的抗粘著磨損能力比塑性材料高。脆性材料的抗粘著磨損能力比塑性材料高。(2)(2)金屬性質越是相近的，構成摩擦副時粘著磨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，晶損也越嚴重。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，形成化合物體結構不同，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傾向較大的金屬，構成摩擦副時粘著磨損就較輕微。輕微。材料性能學材料性能學(3)(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

24、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、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合物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。粘著磨損。(4)(4)改善潤滑條件，如在潤滑油中添加極壓劑改善潤滑條件，如在潤滑油中添加極壓劑。(5)(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。材料性能學材料性能學黏著磨損失效舉例黏著磨損失效舉例(1)(1)內燃機中的活塞環(huán)和缸套襯這一運動的摩擦內燃機中的活塞環(huán)和缸套襯這一運動的摩擦副，如不考慮燃氣介質的腐蝕性，

25、主要表現(xiàn)為副，如不考慮燃氣介質的腐蝕性，主要表現(xiàn)為粘著磨損。粘著磨損。(2)(2)正常情況下軸在滑動軸承中運轉，是一流體正常情況下軸在滑動軸承中運轉，是一流體潤滑情況，軸頸和軸承間被一楔形油膜隔開，潤滑情況，軸頸和軸承間被一楔形油膜隔開，這時其摩擦和磨損是很小的。但當機器啟動或這時其摩擦和磨損是很小的。但當機器啟動或停車，換向以及載荷運轉不穩(wěn)定時，或者潤滑停車，換向以及載荷運轉不穩(wěn)定時，或者潤滑條件不好，幾何結構參數(shù)不恰當而不能建立起條件不好，幾何結構參數(shù)不恰當而不能建立起可靠的油膜時，處于邊界摩擦或干摩擦的工作可靠的油膜時，處于邊界摩擦或干摩擦的工作狀態(tài)，這時軸承就要考慮粘著磨損。狀態(tài)，這時

26、軸承就要考慮粘著磨損。材料性能學材料性能學1. 1. 定義與分類定義與分類磨料磨損又稱磨粒磨損，是當摩擦副一方表面存在堅硬的細微磨料磨損又稱磨粒磨損，是當摩擦副一方表面存在堅硬的細微突起，或者在接觸表面之間存在硬質粒子時所產生的一種磨損突起，或者在接觸表面之間存在硬質粒子時所產生的一種磨損。指硬的磨?；蛲钩鑫飳α慵砻娴哪Σ吝^程中，使材料表面。指硬的磨?；蛲钩鑫飳α慵砻娴哪Σ吝^程中，使材料表面發(fā)生磨耗的現(xiàn)象。發(fā)生磨耗的現(xiàn)象。這種磨?；蛲钩鑫镆话阒甘?，這種磨粒或凸出物一般指石英，砂土，礦石等非金屬磨料，也砂土，礦石等非金屬磨料，也包括零件本身磨損產物隨潤滑包括零件本身磨損產物隨潤滑油進入摩擦

27、面而形成的磨粒。油進入摩擦面而形成的磨粒。8.2.2 8.2.2 磨料磨損磨料磨損材料性能學材料性能學磨料磨損的分類磨料磨損的分類1 1）按接觸條件分）按接觸條件分（1 1）兩體磨料磨損：磨料）兩體磨料磨損：磨料與一個零件表面接觸，磨料與一個零件表面接觸，磨料、零件表面各為一物體，如、零件表面各為一物體，如犁鏵犁鏵（2 2）三體磨料磨損：磨料）三體磨料磨損：磨料介于兩零件表面之間。磨料介于兩零件表面之間。磨料為一物體，兩零件為兩物體為一物體，兩零件為兩物體，磨料可以在兩表面間滑動，磨料可以在兩表面間滑動，也可以滾動，如滑動軸承，也可以滾動，如滑動軸承、活塞與汽缸。、活塞與汽缸。材料性能學材料性

28、能學2 2）按力的作用特點分）按力的作用特點分(1)(1)低應力劃傷式的磨料磨損：特點低應力劃傷式的磨料磨損：特點: :磨料對零件表磨料對零件表面的應力不超過磨料的壓潰強度，材料表面被輕微面的應力不超過磨料的壓潰強度，材料表面被輕微劃傷。劃傷。生產中的犁鏵，及煤礦機械中的刮板輸送機溜槽磨生產中的犁鏵，及煤礦機械中的刮板輸送機溜槽磨損情況就是屬于這種類型。損情況就是屬于這種類型。 (2)(2)高應力輾碎式的磨料磨損：特點：磨料與零件高應力輾碎式的磨料磨損：特點：磨料與零件表面接觸處的最大壓應力大于磨料的壓潰強度。生表面接觸處的最大壓應力大于磨料的壓潰強度。生產中球磨機襯板與磨球，破碎式滾筒的磨損

29、便是屬產中球磨機襯板與磨球，破碎式滾筒的磨損便是屬于這種類型。于這種類型。材料性能學材料性能學(3)(3)鑿削式磨料磨損鑿削式磨料磨損特點：磨料對材料表面有大的沖擊力，從材料表面特點：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鑿下較大顆料的磨屑。如挖掘機斗齒及顎式破碎機的齒板。的齒板。3 3）按相對硬度分）按相對硬度分（1 1）軟磨料磨損：材料硬度與磨料硬度之比大于）軟磨料磨損：材料硬度與磨料硬度之比大于0.8.0.8.（2 2）硬磨料磨損：材料硬度與磨料硬度之比小于）硬磨料磨損：材料硬度與磨料硬度之比小于0.8.0.8.兩體磨損：磨料與一個零件表面接觸

30、，磨料為一物兩體磨損：磨料與一個零件表面接觸，磨料為一物體，零件表面為另一物體，如犁鏵。體，零件表面為另一物體，如犁鏵。材料性能學材料性能學按工作環(huán)境分按工作環(huán)境分（1）普通型磨料磨損：一般正常條件下的）普通型磨料磨損：一般正常條件下的磨料磨損。磨料磨損。（2）腐蝕磨料磨損：在腐蝕介質中的磨料）腐蝕磨料磨損：在腐蝕介質中的磨料磨損。腐蝕加速了磨損的速度，如在含硫磨損。腐蝕加速了磨損的速度，如在含硫介質中工作的煤礦機械等。介質中工作的煤礦機械等。（3）高溫磨料磨損：在高溫下的磨料磨損）高溫磨料磨損：在高溫下的磨料磨損。高溫和氧化加速了磨損，如燃燒爐中的。高溫和氧化加速了磨損，如燃燒爐中的爐篦、沸

31、騰爐中的管壁等。爐篦、沸騰爐中的管壁等。材料性能學材料性能學2.2.磨粒磨損的微觀機制磨粒磨損的微觀機制 (1)(1)微觀切削機制微觀切削機制法向載荷將磨料壓入摩擦表面，滑動時磨料對表面產法向載荷將磨料壓入摩擦表面，滑動時磨料對表面產生生切削作用切削作用，材料脫離表面形成磨屑。并在磨損表面，材料脫離表面形成磨屑。并在磨損表面留下明顯的切痕。特別在固定的磨料磨損和鑿削式磨留下明顯的切痕。特別在固定的磨料磨損和鑿削式磨損中，是材料表面磨損的主要機理。損中，是材料表面磨損的主要機理。 (2)(2)微觀變形機制微觀變形機制磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產生壓痕，滑動時磨料在載荷作用下壓入摩擦表面而產生

32、壓痕，滑動時使表面產生使表面產生嚴重的塑性變形，經過反復塑形變形，產嚴重的塑性變形，經過反復塑形變形，產生加工硬化，壓痕兩側材料受到損傷生加工硬化，壓痕兩側材料受到損傷，因而易從表面，因而易從表面擠出或剝落。擠出或剝落。 材料性能學材料性能學3）微觀斷裂機制）微觀斷裂機制硬而脆的材料遇到磨料磨損時，不易被切削，材料硬而脆的材料遇到磨料磨損時，不易被切削，材料表面因受到磨料的壓人而形成裂紋，這時材料常常表面因受到磨料的壓人而形成裂紋，這時材料常常以脆性斷裂、微觀剝落的機制發(fā)生遷移，當裂紋互以脆性斷裂、微觀剝落的機制發(fā)生遷移，當裂紋互相交叉或擴展到表面就剝落出磨屑。相交叉或擴展到表面就剝落出磨屑。

33、總之，磨料磨損可能是磨料對摩擦表面的切削作用總之，磨料磨損可能是磨料對摩擦表面的切削作用、塑形變形和脆性斷裂的結果，還可能是它們綜合、塑形變形和脆性斷裂的結果，還可能是它們綜合作用的反映，而以某一機制為主。當工作條件發(fā)生作用的反映，而以某一機制為主。當工作條件發(fā)生變化時，磨損機制也發(fā)生變化。變化時，磨損機制也發(fā)生變化。材料性能學材料性能學3.磨料磨損簡化模型磨料磨損簡化模型微觀切削機制的理想模微觀切削機制的理想模型（兩體磨料磨損）型（兩體磨料磨損）磨損掉的體積與接觸壓力、滑動距離成正比，與磨損掉的體積與接觸壓力、滑動距離成正比，與材料的硬度成反比，同時與磨粒的形狀有關。材料的硬度成反比，同時與

34、磨粒的形狀有關。材料性能學材料性能學4. 4. 磨粒磨損的影響因素磨粒磨損的影響因素 1)1)磨料的硬度磨料的硬度材料性能學材料性能學材料性能學材料性能學2 2）磨料尺寸）磨料尺寸試驗表明，一般金屬的磨損率隨磨料的平均尺寸增試驗表明，一般金屬的磨損率隨磨料的平均尺寸增大而增大，但到一定臨界值后，其磨損率不再增大大而增大，但到一定臨界值后，其磨損率不再增大。磨料的臨界尺寸隨金屬材料的性能不同而異，同。磨料的臨界尺寸隨金屬材料的性能不同而異，同時它還與工作元件的結構和精度有關。時它還與工作元件的結構和精度有關。3 3） 試驗載荷與滑動距離試驗載荷與滑動距離試驗表明，磨損量與表面平均壓力成正比，但有

35、一試驗表明，磨損量與表面平均壓力成正比，但有一轉折點，當表面平均壓力達到并超過臨界壓力時，轉折點，當表面平均壓力達到并超過臨界壓力時，線磨損量隨表面平均壓力的增加變化緩慢，對于不線磨損量隨表面平均壓力的增加變化緩慢，對于不同材料，其轉折點也不同。此外，載荷越高，滑動同材料，其轉折點也不同。此外，載荷越高，滑動距離越長，磨損越嚴重，在一般情況下都呈線性關距離越長，磨損越嚴重，在一般情況下都呈線性關系。系。材料性能學材料性能學 4 4）材料組織）材料組織材料的顯微組織不同，對耐磨性的影響也不同材料的顯微組織不同，對耐磨性的影響也不同。以鋼為例，鋼中的顯微組織對材料的抗磨料。以鋼為例，鋼中的顯微組織

36、對材料的抗磨料磨損能力也有影響，馬氏體耐磨性最好，鐵素磨損能力也有影響，馬氏體耐磨性最好，鐵素體因硬度太低，耐磨性最差。體因硬度太低，耐磨性最差。球墨鑄鐵的基體組織不同，耐磨性也不同，基球墨鑄鐵的基體組織不同，耐磨性也不同，基體為馬氏體與回火馬氏體的，耐磨性最好。體為馬氏體與回火馬氏體的，耐磨性最好。鋼中碳化物也是影響耐磨性的重要因素之一。鋼中碳化物也是影響耐磨性的重要因素之一。材料性能學材料性能學8.2.3 8.2.3 沖蝕磨損沖蝕磨損1.定義與分類定義與分類沖蝕磨損磨又稱侵蝕磨損，是指流體或固體以松散沖蝕磨損磨又稱侵蝕磨損，是指流體或固體以松散的小顆粒按一定的速度和角度對材料表明進行沖擊的

37、小顆粒按一定的速度和角度對材料表明進行沖擊所造成的磨損。松散粒子尺寸一般小于所造成的磨損。松散粒子尺寸一般小于100um，沖，沖擊速度在擊速度在550m/s以內。以內。分類：分類： 根據攜帶粒子的介質不同，重塑磨損可分兩大類：根據攜帶粒子的介質不同，重塑磨損可分兩大類：氣固沖蝕磨損和流體重塑磨損。氣固沖蝕磨損和流體重塑磨損。按流動介質及其攜帶的第二相（固體粒子、液滴氣按流動介質及其攜帶的第二相（固體粒子、液滴氣泡），又包括液滴沖蝕磨損和氣蝕磨損。泡），又包括液滴沖蝕磨損和氣蝕磨損。材料性能學材料性能學材料性能學材料性能學材料性能學材料性能學8.2.4 腐蝕磨損腐蝕磨損 1. 1. 定義與分類定

38、義與分類 兩摩擦表面與周圍介質發(fā)生化學或電化學反應，在表面上形兩摩擦表面與周圍介質發(fā)生化學或電化學反應，在表面上形成的腐蝕產物黏附不牢，在摩擦過程中被剝落下來，而新的成的腐蝕產物黏附不牢，在摩擦過程中被剝落下來，而新的表面又繼續(xù)和介質發(fā)生反應，這種腐蝕和磨損的重復過程，表面又繼續(xù)和介質發(fā)生反應，這種腐蝕和磨損的重復過程，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損因常玉摩擦面之間的機械磨損共存稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損因常玉摩擦面之間的機械磨損共存，故又稱為腐蝕機械磨損。，故又稱為腐蝕機械磨損。材料性能學材料性能學2.2.氧化磨損氧化磨損 當金屬摩擦副在氧化性介質中工作時當金屬摩擦副在氧化性介質中工作時, , 表面表面

39、生成一層氧化膜，避免金屬間的直接接觸，生成一層氧化膜，避免金屬間的直接接觸，在摩擦過程中，表面所生成的氧化膜被磨掉在摩擦過程中，表面所生成的氧化膜被磨掉, , 但又很快地形成新的氧化膜，如此周而復始但又很快地形成新的氧化膜，如此周而復始，這個過程所造成的材料損傷為氧化磨損。，這個過程所造成的材料損傷為氧化磨損。 可見氧化磨損是可見氧化磨損是化學氧化和機械磨損化學氧化和機械磨損兩種作兩種作用相繼進行的過程。用相繼進行的過程。材料性能學材料性能學 由于大氣中含有氧，因此氧化磨損是最常見的一由于大氣中含有氧，因此氧化磨損是最常見的一種磨損形式，一般氧化磨損率較其他磨損輕微的多。種磨損形式，一般氧化磨

40、損率較其他磨損輕微的多。 若形成的是脆性氧化膜，由于氧化膜與基體連結若形成的是脆性氧化膜，由于氧化膜與基體連結的抗剪切強度較差的抗剪切強度較差, , 其磨損速率大于氧化速率其磨損速率大于氧化速率, , 所以所以磨損量大。磨損量大。 若形成的是韌性氧化膜若形成的是韌性氧化膜, , 由于氧化膜與基體連結由于氧化膜與基體連結處的抗剪切強度較高處的抗剪切強度較高, , 其磨損速率小于氧化速率其磨損速率小于氧化速率, , 氧氧化膜能起減摩耐磨作用化膜能起減摩耐磨作用, , 所以氧化磨損量較小。所以氧化磨損量較小。材料性能學材料性能學8.2.58.2.5 微動磨損微動磨損 定義：在機械設備中，常常由于機械

41、振動引起一些緊密配合定義：在機械設備中，常常由于機械振動引起一些緊密配合的零件接觸表面間產生很小振幅的相對振動，其振幅約為的零件接觸表面間產生很小振幅的相對振動，其振幅約為102um102um數(shù)量級，由此而產生的磨損稱為微動磨損。數(shù)量級，由此而產生的磨損稱為微動磨損。特征：摩擦幅接觸區(qū)有大量紅色特征：摩擦幅接觸區(qū)有大量紅色Fe2O3Fe2O3磨損粉末（鋼鐵件）。磨損粉末（鋼鐵件）。 鋁件磨損產物為黑色。鋁件磨損產物為黑色。 微動磨損微動磨損通常發(fā)生在一對緊配合的零件，如壓配合的軸頸，通常發(fā)生在一對緊配合的零件，如壓配合的軸頸，汽輪機及壓氣機葉片配合處，銷釘或螺栓聯(lián)接零件等。這些原汽輪機及壓氣機

42、葉片配合處，銷釘或螺栓聯(lián)接零件等。這些原來是配合緊密的零件，但在載荷和一定的振動頻率作用下，較來是配合緊密的零件，但在載荷和一定的振動頻率作用下，較長時間后會產生松動，這種松動只是長時間后會產生松動，這種松動只是微米級微米級的相對滑動，而微的相對滑動，而微小的相對滑動導致了小的相對滑動導致了接觸金屬間的粘著接觸金屬間的粘著，隨后是粘著點的，隨后是粘著點的剪切，剪切，粘著物脫落粘著物脫落。材料性能學材料性能學材料性能學材料性能學在大氣環(huán)境下這些脫落物被氧化成氧化物磨屑。由于兩摩擦在大氣環(huán)境下這些脫落物被氧化成氧化物磨屑。由于兩摩擦表面的緊密配合，磨屑不易排出，這些表面的緊密配合，磨屑不易排出，這

43、些磨屑起著磨料的作用，磨屑起著磨料的作用，加速了微動磨損的過程加速了微動磨損的過程。微動磨損的主要特征是表面形成凹。微動磨損的主要特征是表面形成凹坑或麻點，并在摩擦表面上伴隨著帶棕褐色或黑色的斑點，坑或麻點，并在摩擦表面上伴隨著帶棕褐色或黑色的斑點，這些是集結的氧化物，常布滿在表面的凹坑或麻點中。從以這些是集結的氧化物，常布滿在表面的凹坑或麻點中。從以上產生微動磨損的原因分析中可以看出，上產生微動磨損的原因分析中可以看出，微動磨損不是一單微動磨損不是一單獨的磨損型式，而是粘著磨損、氧化磨損、磨料磨損，甚至獨的磨損型式，而是粘著磨損、氧化磨損、磨料磨損，甚至還包含著腐蝕作用引起的磨損和交變載荷作用的疲勞磨損還包含著腐蝕作用引起的磨損和交變載荷作用的疲勞磨損。微動磨損是幾種磨損型式的復合。微動磨損是幾種磨損型式的復合。 影響微動磨損的主要因素有載荷、振幅、環(huán)境因素、材料影響微動磨損的主要因素有載荷、振幅、環(huán)境因素、材料性能及潤滑劑等