三、磨粒磨損

1、磨粒磨損示意圖磨粒磨損示意圖三、磨粒磨損 磨粒磨損又稱磨料磨損或研磨磨損。磨粒磨損又稱磨料磨損或研磨磨損。是摩擦副的一方表面存在堅硬的細微是摩擦副的一方表面存在堅硬的細微凸起或在接觸面間存在硬質粒子凸起或在接觸面間存在硬質粒子(從外從外界進入或從表面剝落界進入或從表面剝落)時產生的磨損。時產生的磨損。前者稱兩體磨粒磨損前者稱兩體磨粒磨損,如銼削過程；后如銼削過程；后者稱三體磨粒磨損者稱三體磨粒磨損,如拋光過程。依據(jù)如拋光過程。依據(jù)磨粒受的應力大小磨粒受的應力大小,磨粒磨損可分為鑿磨粒磨損可分為鑿削式削式,高應力碾碎式高應力碾碎式,低應力擦傷式低應力擦傷式3類。類。磨粒磨損的主要特征磨粒磨損的主

2、要特征磨粒磨損的主要特征是摩擦面上有擦傷或因明磨粒磨損的主要特征是摩擦面上有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽。顯犁皺形成的溝槽。磨粒磨損表面微觀典型形貌磨粒磨損表面微觀典型形貌磨粒磨損機理磨粒磨損機理 法向力形成壓痕法向力形成壓痕, ,切向力推動磨粒向前進。切向力推動磨粒向前進。 磨粒形狀與位向適當時磨粒形狀與位向適當時, , 磨粒似刀具切削表面磨粒似刀具切削表面, ,切痕長而淺。切痕長而淺。 當磨粒較圓鈍或材料表面塑性較高時當磨粒較圓鈍或材料表面塑性較高時, ,磨?；チ；^后僅犁出溝槽過后僅犁出溝槽, ,兩側材料沿溝槽兩側堆積兩側材料沿溝槽兩側堆積, , 隨后隨后的摩擦又會將堆積的部分壓平的摩擦

3、又會將堆積的部分壓平, ,如此反復地塑性變如此反復地塑性變形形, ,堆積堆積, ,壓平壓平, ,便導致裂紋形成并引起剝落。便導致裂紋形成并引起剝落。 對碾碎性磨粒磨損對碾碎性磨粒磨損, , 磨粒對摩擦表面的作用主磨粒對摩擦表面的作用主要是使材料表面產生應力集中要是使材料表面產生應力集中, ,韌性材料反復塑性韌性材料反復塑性變形變形, ,導致疲勞破壞及脆性材料表面產生脆斷。導致疲勞破壞及脆性材料表面產生脆斷。磨粒磨損過程中存在塑性變形和斷裂兩種去除機理。當磨粒與塑性材料表面接觸時，主要發(fā)生顯微切削、顯微犁溝兩種塑性變形的磨損方式。當磨粒和脆性材料表面(如玻璃、陶瓷和碳化物等)接觸時，主要以表面斷

4、裂破壞為主。 磨粒磨損過程中材料的去除機理磨粒磨損過程中材料的去除機理 塑性變形和斷裂兩種方式塑性變形和斷裂兩種方式切削作用的磨粒磨損模型切削作用的磨粒磨損模型(塑性變形塑性變形)磨粒磨損的估算磨粒磨損的估算(塑性變形塑性變形)223rHrPsc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，可表示為，可表示為:tantan2212LrLrrW將式將式r2代入上式得，可表示為代入上式得，可表示為:HPLKPLWsctan3tanK為系數(shù)?？梢娔チＤp量為系數(shù)?？梢娔チＤp量w與接觸壓力與接觸壓力P,滑動距離滑動距離L成正比成正比,與與材料硬度材料硬度H成反比成反比,與硬

5、材料凸出部份或磨粒形狀與硬材料凸出部份或磨粒形狀 有關。有關。 斷裂方式： V=KP5/4d1/2KIC-3/4H-1/2L KIC：斷裂韌性磨粒磨損的估算磨粒磨損的估算(斷裂方式斷裂方式)2. 磨粒磨損過程的影響因素 (1)磨粒特性的影響 磨粒的硬度、形狀和粒度對材料的磨損過程均有影響。a.硬度Ha/Hm1.2 硬磨粒磨損；1Ha/Hm1.2 線性磨損b. 形狀和粒度(2)材料力學性能與微觀組織的影響 材料耐磨粒磨損性能主要決定于其硬度，尤其是磨損后材料的表面硬度，而與其它力學性能無必然關系。 (3)工況和環(huán)境條件的影響 工況與環(huán)境條件的影響因素主要指速度、載荷、磨損距離、磨粒沖擊角，以及環(huán)

6、境濕度、溫度和腐蝕介質等。 各種材料的磨粒磨各種材料的磨粒磨損相對耐磨性損相對耐磨性四、疲勞磨損四、疲勞磨損 1. 現(xiàn)象與特征現(xiàn)象與特征 接觸疲勞是兩接觸材料作滾動或滾動加滑動接觸疲勞是兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦時摩擦時, ,交變接觸壓應力長期作用使材料表面疲勞交變接觸壓應力長期作用使材料表面疲勞損傷損傷, ,局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落, ,而使而使材料磨損的現(xiàn)象材料磨損的現(xiàn)象, , 故又稱表面疲勞磨損或麻點磨故又稱表面疲勞磨損或麻點磨損損, ,是齒輪、滾動軸承等工件常見的磨損失效形式。是齒輪、滾動軸承等工件常見的磨損失效形式。 接觸疲勞的宏觀形態(tài)特

7、征是接觸疲勞的宏觀形態(tài)特征是: :接觸表面出現(xiàn)許接觸表面出現(xiàn)許多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑( (麻坑麻坑),),有的有的凹坑較深凹坑較深, ,底部有疲底部有疲勞裂紋擴展線的痕跡。勞裂紋擴展線的痕跡。接觸疲勞的基本類型接觸疲勞的基本類型 根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)的差異，接觸疲勞根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)的差異，接觸疲勞破壞分為三類。破壞分為三類。 麻點剝落麻點剝落( (點蝕點蝕),),剝落深度剝落深度0.10.1 0.2mm0.2mm，剝塊形，剝塊形狀為不對稱狀為不對稱V V型針狀或痘狀凹坑。型針狀或痘狀凹坑。 淺層剝落淺層剝落, ,剝落深度一般為剝落深度一

8、般為0.2mm0.2mm 0.4mm,0.4mm,剝塊剝塊底部大致與表面平行底部大致與表面平行, ,裂紋沿與表面成銳角或直角擴裂紋沿與表面成銳角或直角擴展。展。 深層剝落深層剝落( (表面壓碎表面壓碎),),剝落深度與表面強化層深剝落深度與表面強化層深相當相當( (0.4mm),0.4mm),剝落時裂紋垂直于表面擴展。剝落時裂紋垂直于表面擴展。 接觸疲勞也經歷了裂紋形成與擴展兩階段。裂接觸疲勞也經歷了裂紋形成與擴展兩階段。裂紋形成過程長紋形成過程長, ,擴展階段僅占總破壞時間的很小部分。擴展階段僅占總破壞時間的很小部分。2.接觸應力接觸應力 兩物體相互接觸時兩物體相互接觸時, ,在局部表面產生

9、的在局部表面產生的壓應力稱為接觸應力壓應力稱為接觸應力, ,也叫赫茲應力。接觸也叫赫茲應力。接觸應力分為線接觸與點接觸兩類，前者如齒應力分為線接觸與點接觸兩類，前者如齒輪的接觸輪的接觸, ,后者如滾珠軸承的接觸。后者如滾珠軸承的接觸。a.線接觸線接觸 兩物體受壓力接觸時，在對稱中心(y=0)，距表面深度為0.786b處將產生最大切應力tyzyz4545maxmax ，方向與接觸面相交45。兩物體一旦脫離接觸, ,該值即刻降為零。在連續(xù)滾動過程中切應力交替變化著，為0tyzyz4545maxmax脈動循環(huán)應力, ,應力半幅為1/2tyz45max=0.15zmax。沿接觸深度的最大切應力分布沿接觸深度的最大切應力分布b.點接觸應力點接觸應力322max388. 0RPEz 以上討論均為純滾動情況,若兩接觸物體既滾動又滑動,切向摩擦力與接觸應力共同作用將改變接觸區(qū)的應力分布。當摩擦系數(shù)m0.2時,最大綜合切應力位置移到材料表面,此時的接觸疲勞裂紋也移到機件表面產生。3.接觸疲勞的過程接觸疲勞的過程 (1)(1)麻點剝落麻點剝落(2)淺層剝落淺層剝落 (3)深層剝落深層剝落五、 其他磨損 腐蝕磨損 腐蝕速率取決于腐蝕特性和磨損過程。 沖蝕磨損 脆性和延性兩種磨損機制。六、提高零件耐磨性的途徑工程結構的合理設計零件磨損機理預測、分析和耐磨材料的選擇正確選材材料