摩擦腐蝕基本知識(shí)

1、第二章第二章 摩擦腐蝕基本知識(shí)摩擦腐蝕基本知識(shí)授授 課課 教教 師師 ： 馬馬 靜靜表面工程表面工程 Surface Engineering2第二章第二章 摩擦腐蝕基本知識(shí)摩擦腐蝕基本知識(shí)o材料破壞的兩大破壞形式：o摩擦磨損摩擦磨損o腐蝕3o摩擦學(xué)：研究作相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面及有關(guān)理論和實(shí)踐的科學(xué)技術(shù)o包括摩擦、磨損磨損和潤(rùn)滑o當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體在外力作用下產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面間產(chǎn)生的切向運(yùn)動(dòng)阻力稱為摩擦力，這個(gè)阻力與運(yùn)動(dòng)方向相平行，這種現(xiàn)象稱之為摩擦摩擦。2.1 摩擦與磨損摩擦與磨損42.1.1 摩擦的分類摩擦的分類1按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類2按摩擦副的運(yùn)

2、動(dòng)形式分類按摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式分類3按摩擦副表面的潤(rùn)滑狀況分類按摩擦副表面的潤(rùn)滑狀況分類o按工作環(huán)境條件分類按工作環(huán)境條件分類o按摩擦產(chǎn)生的程度分類按摩擦產(chǎn)生的程度分類51按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類按摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類 (1)靜摩擦靜摩擦 n一物體沿另一物體表面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)產(chǎn)生的摩擦稱為靜摩擦。這種摩擦力稱為靜摩擦力。n靜摩擦力隨作用于物體上的外力而變化，當(dāng)外力達(dá)到能克服最大靜摩擦力時(shí)，物體才開(kāi)始宏觀運(yùn)動(dòng)，從而由靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦。 (2)動(dòng)摩擦動(dòng)摩擦 n一物體沿另一物體表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦稱為動(dòng)摩擦。阻礙物體運(yùn)動(dòng)的切向力稱為動(dòng)摩擦力。動(dòng)摩擦力通常小于最大靜摩擦力。62按摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式分

3、類o(1)滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦 n物體接觸表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦稱為滑動(dòng)摩擦。o(2)滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦 n在力矩作用下，物體沿接觸表面滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦稱為滾動(dòng)摩擦73按摩擦副表面的潤(rùn)滑狀況分類按摩擦副表面的潤(rùn)滑狀況分類o (1)純凈摩擦純凈摩擦 n摩擦表面沒(méi)有任何吸附膜或化合物時(shí)產(chǎn)生的摩擦稱為純凈摩擦。這種摩擦只有在接觸面產(chǎn)生塑性變形使表面膜破壞或在真空中摩擦?xí)r才能發(fā)生。o (2)干摩擦干摩擦(無(wú)潤(rùn)滑摩擦無(wú)潤(rùn)滑摩擦) n在大氣條件下，摩擦表面間名義上沒(méi)有潤(rùn)滑劑存在時(shí)產(chǎn)生的摩擦稱為干摩擦，或稱無(wú)潤(rùn)滑摩擦。o(3)流體流體(潤(rùn)滑潤(rùn)滑)摩擦摩擦 n相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩物體表面完全被流體隔開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的摩擦稱為流體

4、(潤(rùn)滑)摩擦。當(dāng)流體為液體時(shí)稱為液體摩擦，流體為氣體時(shí)稱為氣體摩擦。流體摩擦?xí)r摩擦發(fā)生在流體內(nèi)部。o(4)邊界邊界(潤(rùn)滑潤(rùn)滑)摩擦摩擦 n介于干摩擦和流體(潤(rùn)滑)摩擦之間的一種摩擦形式，摩擦表面間存在著一層極薄的潤(rùn)滑膜，這層潤(rùn)滑膜的存在使得邊界摩擦較之干摩擦狀態(tài)有很大改善，但還不足以將兩摩擦表面完全分隔開(kāi)。8油膜油膜膜厚膜厚比比9o4. 摩擦副處于高溫、高速、低溫、真空、輻射等特殊環(huán)境條件下工作，可將摩擦分為正常工況條件下的摩擦和特殊工況條件下的摩擦o5. 根據(jù)產(chǎn)生摩擦的程度，將摩擦分為輕微摩擦和嚴(yán)重摩擦等。102.1.2 摩擦過(guò)程的主要影響因素摩擦過(guò)程的主要影響因素簡(jiǎn)要介紹影響干滑動(dòng)摩擦干滑

5、動(dòng)摩擦的主要因素o1材料性質(zhì)材料性質(zhì)n當(dāng)摩擦副是同一種(或者性質(zhì)非常接近的)材料，或是兩種有能形成固溶合金的金屬時(shí)，摩擦較嚴(yán)重。n例如銅銅摩擦副的摩擦系數(shù)可達(dá)1.0以上，鋁鐵或鋁低碳鋼摩擦副的摩擦系數(shù)大于0.8。而不同金屬或親和力低的金屬組成的摩擦副摩擦系數(shù)較低，如銀鐵或銀低碳鋼摩擦副的摩棕系數(shù)約為0.03。n當(dāng)摩擦副材料性能接近，并且摩擦表面硬度較低時(shí)，往往容易產(chǎn)生膠合容易產(chǎn)生膠合而導(dǎo)致摩擦副損壞。n采用性能相差較大的材料作摩擦副采用性能相差較大的材料作摩擦副n如果所采用的摩擦副材料性能接近時(shí)，如齒輪摩擦副，如果所采用的摩擦副材料性能接近時(shí)，如齒輪摩擦副，則通常使表面具有較高的硬度。則通常使

6、表面具有較高的硬度。Why？112表面粗糙度表面粗糙度o當(dāng)摩擦表面的粗糙度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致摩擦機(jī)理的改變o對(duì)于粗糙表面，以機(jī)械嚙合為主；對(duì)于光滑表面，對(duì)于粗糙表面，以機(jī)械嚙合為主；對(duì)于光滑表面，以黏附為主。以黏附為主。o當(dāng)摩擦副表面非常粗糙時(shí)，摩擦系數(shù)較大。然而非常平滑的表面可能摩擦系數(shù)更大，這是因?yàn)檎鎸?shí)接觸面積增大，表面間的分子作用加強(qiáng)。o一般說(shuō)來(lái)，摩擦副存在一最佳粗糙度區(qū)間，在這一間內(nèi)，所產(chǎn)生的摩擦系數(shù)最小。123溫度溫度o兩方面進(jìn)行分析n一方面金屬摩擦副隨溫度升高，可焊性增大可焊性增大，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致真實(shí)接觸面積增大，黏附程度增加，從而使摩擦系數(shù)增大；n另一方面隨著溫度升高，表面發(fā)生氧

7、化發(fā)生氧化的程度增加，形成表面氧化膜的可能性增大，這有可能導(dǎo)致摩擦系數(shù)下降。o因此金屬摩擦副在一定溫度下的摩擦特性將取決于金屬在該溫度下的強(qiáng)度、可焊性及所金屬在該溫度下的強(qiáng)度、可焊性及所形成的表面膜形成的表面膜。134速度速度o當(dāng)摩擦表面的相對(duì)滑動(dòng)速度發(fā)生變化時(shí)，表表面微凸體的變形速度、變形程度和表面溫度面微凸體的變形速度、變形程度和表面溫度都將發(fā)生受化都將發(fā)生受化，從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)發(fā)生變化。因此，速度對(duì)摩擦系數(shù)的影響，受多種因素制約，往往需要針對(duì)具體的摩擦副，通過(guò)試驗(yàn)確定。14 5表面膜表面膜o摩擦副接觸表面膜一般由氧化膜、吸附膜和其他污染薄膜等組成，其存在會(huì)極大地影響摩擦副的摩擦特性。n如

8、在干摩擦表面加入潤(rùn)滑油加入潤(rùn)滑油后會(huì)使摩擦系數(shù)顯著降低。n當(dāng)摩擦副材料表面存在表面膜存在表面膜時(shí)，由于摩擦主要發(fā)生在表面膜之間，同時(shí)一般情況下表面膜的剪切強(qiáng)度小于本體材料的剪切強(qiáng)度，因此摩擦系數(shù)較小。o生產(chǎn)中常常在摩擦副材料表面涂覆一層軟金屬表面涂覆一層軟金屬(如銦、鎘、鉛等)或表面膜表面膜(如硫化膜、氧化膜、磷化膜等)以降低摩擦系數(shù)，減少材料的摩擦與磨損。n 表面膜的厚度對(duì)摩擦系數(shù)有顯著影響，通常存在者一個(gè)最佳的膜厚范圍一個(gè)最佳的膜厚范圍，太薄或太厚都會(huì)使摩擦增大。152.1.2 磨損基本知識(shí)磨損基本知識(shí)o磨損定義：由于機(jī)械作用，有時(shí)伴有化學(xué)或由于機(jī)械作用，有時(shí)伴有化學(xué)或電的作用物體工作表面

9、材料作相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程電的作用物體工作表面材料作相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷損耗的現(xiàn)象中不斷損耗的現(xiàn)象。o大多數(shù)材料配副的摩擦系數(shù)介于0.11.0之間，而其磨損率卻相差很多數(shù)量級(jí)。o按磨損機(jī)理分四大類：磨料磨損，沖蝕磨損，磨料磨損，沖蝕磨損，粘著磨損和疲勞磨損粘著磨損和疲勞磨損。16o表2.1 磨損的基本類型P3917一、磨料磨損一、磨料磨損 abrasive wearodef：由硬顆?；蛴餐黄鹞镌谳d荷的作用下，嵌入摩擦表面，相互接觸和作用的過(guò)程中，使材料產(chǎn)生遷移而造成的損耗。一般指非金屬,如石英砂，巖石等。o特征：摩擦表面沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)刻痕181) 磨料磨損的分類 P39o以磨損接觸物體表面來(lái)分類n兩體磨

10、料磨損，三體磨料磨損（滑動(dòng)，滾動(dòng)）o以力的作用特點(diǎn)分類n低應(yīng)力劃傷式磨料磨損、高應(yīng)力劃傷式磨料磨損、鑿削式磨料磨損19202) 磨料磨損機(jī)理磨料磨損機(jī)理o塑性材料塑性材料o1微觀切削機(jī)理o 磨粒作用存材料表面上的力可分解為法向分力(正壓力)和切向分力(摩擦力)。在法向分力作用下，磨料壓入材料表面形成壓痕，在切向分力作用下，磨粒向前推進(jìn)。o形成一次切屑21微切削磨損微切削磨損圖2-3 (a) 典型微切屑; (b) 滑移變形形成的皺褶圖2-2 a) 微切削磨損在鋼表面產(chǎn)生的切削痕 b) 鋼的微切屑形貌222犁溝變形機(jī)理犁溝變形機(jī)理o當(dāng)磨粒的形狀與位向不利于切削時(shí)，磨粒將使材料產(chǎn)生犁溝變形，即將材料

11、推向前方或兩側(cè)并使溝底即將材料推向前方或兩側(cè)并使溝底及溝槽附近的材料產(chǎn)生塑性變形及溝槽附近的材料產(chǎn)生塑性變形。o后繼的磨?？赡馨讯逊e起來(lái)的材料壓平，也可能使已經(jīng)犁溝變形的材料遭受再一次的犁溝變形，如此反復(fù)，將導(dǎo)致材料的加工硬化和其他強(qiáng)化作用，最后產(chǎn)生裂紋、斷裂而形成磨屑。23o犁溝變形模型如圖：24 圖2-11 因塑性變形發(fā)生去除的兩種機(jī)制o（a）犁溝；（b） 微觀切屑；（c）切屑模型25圖1-4 磨料磨損機(jī)制26o迎角迎角(也叫沖角)是指磨料前面與材料表面間的夾角(下圖示)。o磨料能否切削材料與迎角有關(guān)，只有當(dāng)迎角大只有當(dāng)迎角大于臨界迎角時(shí)，才能產(chǎn)生切屑于臨界迎角時(shí)，才能產(chǎn)生切屑；反之，如果

12、迎角小于臨界迎角，則只能產(chǎn)生塑性犁溝，將材料推向溝槽的兩側(cè)及前沿。27圖2-18不形成切削形成切削28脆性材料脆性材料3微觀斷裂微觀斷裂(剝落剝落)磨損機(jī)理磨損機(jī)理o在磨損過(guò)程中，大多數(shù)材料表面都會(huì)發(fā)生塑性變形，但脆性材料(如陶瓷、玻璃、碳化物等)或含有硬而脆的第二相質(zhì)點(diǎn)的材料在與磨料作用時(shí)，斷裂機(jī)理可能占主導(dǎo)地位，脆性材料或脆性相脆性材料或脆性相將產(chǎn)生斷裂或剝落，因此磨損量比塑性材料的磨損量大施加載荷較大、磨料尖銳以及材料的斷裂韌度與硬度的比值愈低時(shí)，材料愈趨向于壓痕斷裂。材料的硬度決定了磨料顆粒可能壓入的深度。29o如果壓痕深度大于產(chǎn)生斷裂的臨界深度時(shí)，材料因斷裂如果壓痕深度大于產(chǎn)生斷裂的

13、臨界深度時(shí)，材料因斷裂機(jī)制產(chǎn)生的去除過(guò)程就會(huì)優(yōu)先發(fā)生。高的斷裂韌度會(huì)增機(jī)制產(chǎn)生的去除過(guò)程就會(huì)優(yōu)先發(fā)生。高的斷裂韌度會(huì)增加壓痕臨界深度值，因而減小了因斷裂機(jī)制去除的磨損加壓痕臨界深度值，因而減小了因斷裂機(jī)制去除的磨損體積。體積。o無(wú)論是塑性材料還是脆性材料，均可能同時(shí)發(fā)無(wú)論是塑性材料還是脆性材料，均可能同時(shí)發(fā)生塑性變形和斷裂兩種機(jī)制，在某種條件下，生塑性變形和斷裂兩種機(jī)制，在某種條件下，某一機(jī)制占主導(dǎo)地位。某一機(jī)制占主導(dǎo)地位。4疲勞磨損機(jī)理疲勞磨損機(jī)理o疲勞磨損機(jī)理在一般磨料磨損中起主導(dǎo)作用.即材料表面在磨粒產(chǎn)生的循環(huán)接觸應(yīng)力作用下，因疲勞剝落而形成磨屑。303) 磨料磨損的主要影響因素磨料磨損

14、的主要影響因素(1)磨料硬度的影響磨料硬度的影響 o材料的耐磨性決定于材料硬度材料硬度Hm和磨料硬度和磨料硬度Ha的比值的比值。o當(dāng)HmHa0.5時(shí)為硬磨料磨損，此時(shí)增加材料的硬度對(duì)其耐磨性增加不大（無(wú)關(guān)）。o當(dāng)HmHa0.8時(shí)為軟磨料磨損，此時(shí)增加材料的硬度能迅速地提高其耐磨性o當(dāng)H mHa在0.50.8之間時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷。31(2)磨料形狀及尺寸的影響磨料形狀及尺寸的影響 尖銳的、多角形的磨料比圓而鈍的磨料磨損率大。o磨料顆粒大小對(duì)材料的磨損有影響，一般是隨著磨隨著磨粒直徑的增加，磨損量增大粒直徑的增加，磨損量增大。o磨粒的直徑達(dá)到某一臨界尺寸后，磨損量幾乎不再增加，這個(gè)磨料顆

15、粒的臨界尺寸在100 m左右，與材料的成分、性能、加工方法、速度及載荷等有關(guān)323334(3)磨料脆性的影響磨料脆性的影響 o材料的磨料磨損往往需要多次反復(fù)才能完成，在這一過(guò)程中，磨料的狀態(tài)將發(fā)生改變n一種表現(xiàn)為尖角和銳邊被破壞，即由原來(lái)尖銳的、多角形的磨料變成圓而鈍磨料變成圓而鈍的磨料，使得材料的磨損率下降。n另一種表現(xiàn)為磨料破碎，生成尖角和銳邊磨料破碎，生成尖角和銳邊，使得材料的磨損率增大。35（4）載荷的影響：）載荷的影響： 磨損率與壓力成正比，但有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)磨損率與壓力成正比，但有一轉(zhuǎn)折點(diǎn)，當(dāng)壓力達(dá)到或超過(guò)臨界壓力時(shí)，磨損率隨壓壓力達(dá)到或超過(guò)臨界壓力時(shí)，磨損率隨壓力的增加變的平緩。力

16、的增加變的平緩。365）材料的基體組織和性能）材料的基體組織和性能o鋼鐵材料的基體組織與耐磨性的關(guān)系指出，基體組織的耐磨性一般按鐵素體、珠光體、按鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體的順序遞增貝氏體和馬氏體的順序遞增。o 在實(shí)際工作中選用耐磨材料并不是如此簡(jiǎn)單，一個(gè)普遍的觀念是“硬度越高的材料耐硬度越高的材料耐磨性越好磨性越好”。適合于較低接觸應(yīng)力、較低滑較低接觸應(yīng)力、較低滑動(dòng)速度的滑動(dòng)磨料磨損動(dòng)速度的滑動(dòng)磨料磨損條件。o相反，在高接觸應(yīng)力、高沖擊或相對(duì)滑動(dòng)速度快、磨料硬而銳利的情況下不適用。37圖2-35 鋼與鐵的各種基體組織的耐磨料磨損性38o未經(jīng)熱處理鋼的耐磨性單值地決定其宏觀硬度。未經(jīng)熱處理

17、鋼的耐磨性單值地決定其宏觀硬度。o熱處理鋼的相對(duì)耐磨性隨宏觀硬度增高而線性地增熱處理鋼的相對(duì)耐磨性隨宏觀硬度增高而線性地增加加，但比未經(jīng)熱處理鋼要慢些。o耐磨性不僅取決于鋼的硬度，而且取決于成分。n不同成分的熱處理鋼雖然只有相同硬度但耐磨性不同，說(shuō)明各種的耐磨性與宏觀硬度間并不存在單值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。o磨損的金屬表面上發(fā)生了最大限度的最大限度的“加工硬化加工硬化”，材料耐磨性與其磨損后的表面硬度成正比。材料耐磨性與其磨損后的表面硬度成正比。39o高錳鋼材料是一個(gè)典型的實(shí)例。高錳鋼經(jīng)水韌性處理后，獲得單一奧氏體組織，硬度約為HB180230。o用高錳鋼制作的挖掘機(jī)斗齒，在挖掘硬的礦心時(shí)，由于高錳鋼得

18、到充分的加工硬化充分的加工硬化，表現(xiàn)出良好的耐磨性，優(yōu)于回火馬氏體和貝氏體鋼。o相反，若將高錳鋼斗齒用于挖掘主要含石英砂的砂土層時(shí)，其耐磨性遠(yuǎn)不如馬氏體和貝氏體鋼。40二、粘著磨損二、粘著磨損o定義：兩個(gè)接觸表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)接觸表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于接觸點(diǎn)粘著和焊合而時(shí)，由于接觸點(diǎn)粘著和焊合而形成的粘著結(jié)點(diǎn)被鋸切斷裂，形成的粘著結(jié)點(diǎn)被鋸切斷裂，被剪斷的材料由一個(gè)表面轉(zhuǎn)移被剪斷的材料由一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，或脫落成磨屑到另一個(gè)表面，或脫落成磨屑而產(chǎn)生的磨損。而產(chǎn)生的磨損。o粘著磨損的主要特征是出現(xiàn)材料轉(zhuǎn)移，同時(shí)沿滑動(dòng)方向產(chǎn)生不同程度的磨痕。時(shí)間磨損量oab圖2.1 粘著磨損階段磨損特征 41(

19、1)(1) 磨合階段磨合階段：磨損量隨時(shí)間的增加而增加磨損量隨時(shí)間的增加而增加。出出現(xiàn)在初始運(yùn)動(dòng)階段，由于表面存在粗糙度，現(xiàn)在初始運(yùn)動(dòng)階段，由于表面存在粗糙度，微凸體接觸面積小，接觸應(yīng)力大，磨損速度微凸體接觸面積小，接觸應(yīng)力大，磨損速度快?？?。42(2)(2)穩(wěn)定磨損階段：穩(wěn)定磨損階段：摩擦表面磨合后達(dá)到穩(wěn)定狀摩擦表面磨合后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，磨損率保持不變態(tài)，磨損率保持不變。標(biāo)志磨損條件保持相標(biāo)志磨損條件保持相對(duì)穩(wěn)定，是零件整個(gè)壽命范圍內(nèi)的工作過(guò)程。對(duì)穩(wěn)定，是零件整個(gè)壽命范圍內(nèi)的工作過(guò)程。43(3)(3) 劇烈磨損階段：劇烈磨損階段：工作條件惡化，磨損量急工作條件惡化，磨損量急劇增大。劇增大。精度

20、降低、間隙增大，溫度升高，精度降低、間隙增大，溫度升高，產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲，最終導(dǎo)致零部件完產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)和噪聲，最終導(dǎo)致零部件完全失效。全失效。44非典型磨非典型磨損曲線損曲線45磨損特性曲線磨損特性曲線-浴盆曲線浴盆曲線典型浴典型浴盆曲線盆曲線461) 1) 粘著磨損的分類粘著磨損的分類47五類典型粘著磨損五類典型粘著磨損(1)(1)輕微磨損輕微磨損: : 粘著結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副基體金屬抗剪切強(qiáng)度都低，粘著結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副基體金屬抗剪切強(qiáng)度都低，剪切破壞發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料較剪切破壞發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料較輕微。輕微。(2)(2)涂抹涂抹: : 粘著結(jié)合強(qiáng)度大于較

21、軟金屬抗剪切強(qiáng)度，小于較粘著結(jié)合強(qiáng)度大于較軟金屬抗剪切強(qiáng)度，小于較硬金屬抗剪切強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面硬金屬抗剪切強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠(yuǎn)的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬金屬表面不遠(yuǎn)的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬金屬表面。48(3)(3)擦傷：擦傷： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基本金屬的抗剪強(qiáng)度都高。粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基本金屬的抗剪強(qiáng)度都高。剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表層內(nèi)或硬金屬的亞剪切發(fā)生在較軟金屬的亞表層內(nèi)或硬金屬的亞表層內(nèi)，轉(zhuǎn)移到硬金屬上的粘著物使軟表面出表層內(nèi)，轉(zhuǎn)移到硬金屬上的粘著物使軟表面出現(xiàn)細(xì)而淺劃痕，硬金屬表面也偶有劃傷?，F(xiàn)細(xì)而淺劃痕，硬金屬表面也偶有劃傷。(4)(4)劃

22、傷：劃傷： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，切應(yīng)力高于粘著結(jié)合強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在摩切應(yīng)力高于粘著結(jié)合強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在摩擦副金屬較深處，表面呈現(xiàn)寬而深的劃痕。擦副金屬較深處，表面呈現(xiàn)寬而深的劃痕。49(5) (5) 咬死：咬死： 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩基體金屬的抗剪強(qiáng)度都高，粘著區(qū)域大，切應(yīng)力低于粘著結(jié)合強(qiáng)度。高，粘著區(qū)域大，切應(yīng)力低于粘著結(jié)合強(qiáng)度。摩擦副之間發(fā)生嚴(yán)重粘著而不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)。摩擦副之間發(fā)生嚴(yán)重粘著而不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)。502）影響粘著磨損的主要因素）影響粘著磨損的主要因素o影響粘著磨損的因素多而復(fù)雜，概括起

23、來(lái)有兩個(gè)方面，即摩擦副的工作條件和摩擦副的材料特性。 1潤(rùn)滑狀態(tài)的影響潤(rùn)滑狀態(tài)的影響o潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)粘著磨損的影響很大，這是由于潤(rùn)滑膜或表面膜可以有效地防止摩擦表面的直接接觸和產(chǎn)生聯(lián)結(jié)點(diǎn)。因此，在潤(rùn)滑油中加入能提高油膜強(qiáng)度和潤(rùn)滑能力的油性和極壓添加劑，能顯著提高抗粘著磨損能力。512載荷、滑動(dòng)速度和溫度的影響載荷、滑動(dòng)速度和溫度的影響o隨著載荷和滑動(dòng)速度不斷增加，摩擦界面的溫度不斷升高。在摩擦磨損過(guò)程中，金屬材料表面及表層將發(fā)生一系列的成分、組織結(jié)構(gòu)和性能變化，如加工硬化、產(chǎn)生加工硬化、產(chǎn)生“白層白層”組織二次淬火、形成牢固的氧化膜組織二次淬火、形成牢固的氧化膜等都能提高材料的抗粘著磨損性能；反之

24、材料的軟化、其至熔化等都將使磨損率提高。52載荷載荷 當(dāng)載荷增大到某一臨界當(dāng)載荷增大到某一臨界 值后，粘著磨損量會(huì)急值后，粘著磨損量會(huì)急 劇增加。右圖是四球機(jī)劇增加。右圖是四球機(jī) 磨痕直徑的變化，當(dāng)載磨痕直徑的變化，當(dāng)載 荷達(dá)到一定值時(shí)，磨痕荷達(dá)到一定值時(shí)，磨痕 直徑迅速增大，此載荷直徑迅速增大，此載荷 稱為膠合載荷。稱為膠合載荷。533 3摩擦副材料的影響摩擦副材料的影響o (1)金屬互溶性的影響金屬互溶性的影響 相同金屬或互溶性相同金屬或互溶性大大(晶格類型、晶格常數(shù)、電子密度及電化晶格類型、晶格常數(shù)、電子密度及電化學(xué)性能等相同或相近學(xué)性能等相同或相近)的金屬摩擦副，具有的金屬摩擦副，具有

25、較強(qiáng)的粘著傾向，因而抗粘著磨損能力低。較強(qiáng)的粘著傾向，因而抗粘著磨損能力低。o (2)金屬晶體結(jié)構(gòu)的影響金屬晶體結(jié)構(gòu)的影響 密排六方晶體結(jié)密排六方晶體結(jié)構(gòu)的金屬一般比面心立方晶體的金屬抗粘著構(gòu)的金屬一般比面心立方晶體的金屬抗粘著性能好，這是由于面心立方滑移系數(shù)大的緣性能好，這是由于面心立方滑移系數(shù)大的緣故。故。54oCu/Ni與與Fe/Ag磨損率相差磨損率相差500倍倍55 (3)金屬組織的影響 o多相組織的金屬比單相金屬的抗粘著性能好o金屬化合物比單相固溶體的抗粘著性能好o金屬與非金屬組成的摩擦副比金屬與金屬摩擦副抗粘著性能好，o脆性材料比塑性材料抗粘著性能好。n這是由于塑性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破

26、壞常發(fā)生在離表面較深處，磨屑較大，而脆性材料粘著結(jié)點(diǎn)的破壞處離表面較淺，主要是剝落，磨屑呈細(xì)片狀。 56o在工業(yè)生產(chǎn)中常采用各種表面技術(shù)來(lái)提高金采用各種表面技術(shù)來(lái)提高金屬摩擦副的抗粘著性能屬摩擦副的抗粘著性能。n一類是表面強(qiáng)化或硬化處理(如表面淬火、化學(xué)熱處理、電鍍、噴涂及各種涂層等)，n另一類是表面潤(rùn)滑處理(如滲硫、磷化、表面軟金屬涂層等)。57三、疲勞磨損三、疲勞磨損o定義：摩擦副材料微體積受循環(huán)接觸應(yīng)力影響，導(dǎo)致反復(fù)變形，產(chǎn)生裂紋和分離出微片或顆粒的表面疲勞剝落現(xiàn)象，稱為疲勞磨損或接觸疲勞磨損。o 接觸疲勞磨損失效的主要形式是點(diǎn)蝕和剝落，即在原來(lái)光滑的接觸表面上產(chǎn)生深淺不等的凹坑(也稱麻

27、點(diǎn))和較大面積的剝落坑。o疲勞磨損有點(diǎn)蝕、剝落、剝層與擦傷58點(diǎn)蝕實(shí)物點(diǎn)蝕實(shí)物59剝剝 落落60o接觸疲勞磨損的過(guò)程一般分為兩個(gè)階段，即在材料表面或表層首先萌生出疲勞裂紋和隨后產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展。o當(dāng)摩擦副兩個(gè)接觸體相對(duì)滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，在接觸區(qū)將產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力和塑性變形。o由于交變應(yīng)力長(zhǎng)期反復(fù)的作用，在材料表面或表層的薄弱處引發(fā)疲勞裂紋并隨后裂紋逐步擴(kuò)展，最后金屬以薄片的形式斷裂剝落下來(lái)成為磨屑。61o點(diǎn)蝕的裂紋：一般從材料的表面表面開(kāi)始，向內(nèi)傾斜擴(kuò)展，然后折向表面，裂紋以上的材料折斷脫落下來(lái)即產(chǎn)生點(diǎn)蝕。因此點(diǎn)蝕坑的表面形貌像“扇形扇形”。o剝落的裂紋：一般從材料的亞表層亞表層開(kāi)始，與與表面平行的

28、方向擴(kuò)展表面平行的方向擴(kuò)展，最后形成片狀片狀的剝落坑。62631）影響疲勞磨損的主要因素）影響疲勞磨損的主要因素o 疲勞磨損的評(píng)定指標(biāo)一般不是用磨損失重或體積遷移量表示，而是用一定接觸應(yīng)力下，接觸元件的循環(huán)周次(即疲勞壽命)來(lái)表示。1載荷的影響載荷的影響o 載荷是影響疲勞磨損壽命的重要因素。一般認(rèn)為球軸承的疲勞磨損壽命與載荷的立方成反比，即o式中 N球軸承的疲勞磨損壽命，即循環(huán)次數(shù) W外加載荷。642材料組織及性能的影響材料組織及性能的影響o接觸元件的組織和熱處理工藝對(duì)疲勞磨損壽命有很大影響o滲碳鋼制作的滾動(dòng)元件，也要求滲碳層中的馬氏體細(xì)小、碳化物小而均勻分布o(jì)材料的硬度對(duì)疲勞磨損的影響存在一

29、個(gè)最佳的硬度范圍。65o在滾動(dòng)接觸情況下，滾動(dòng)元件的材料匹配很重要。材料的強(qiáng)度、彈性、塑性和韌性等對(duì)疲勞磨損壽命有很大影響。o一般通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定最佳的匹配關(guān)系66 3材料冶金質(zhì)量的影響材料冶金質(zhì)量的影響o鋼材的冶金質(zhì)量對(duì)零件的疲勞磨損壽命有明顯的影響。o軸承鋼對(duì)非金屬夾雜物有嚴(yán)格的要求。軸承鋼的疲勞磨損壽命與夾雜物的類型、形態(tài)和數(shù)量有很大的關(guān)系。其中Al2O3、TiN等氧化物、氮化物和硅酸鹽影響最大。o夾雜物尺寸越大、分布越不均勻，危害越大夾雜物尺寸越大、分布越不均勻，危害越大。特別是位于接觸面表面(大約1mm)的夾雜物影響更大。o鋼中的氧、氫、氮等氣體也會(huì)降低滾動(dòng)元件的疲勞磨損壽命。67 4

30、其他因素的影響其他因素的影響o表面狀態(tài)表面狀態(tài) 精磨的壽命車削，拋光 車削，粗糙的表面容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。o潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑 高黏度、低指數(shù)的潤(rùn)滑劑由于不容易進(jìn)入疲勞裂紋能提高疲勞磨損壽命。材料+潤(rùn)滑油組合 在潤(rùn)滑劑中適當(dāng)加入某些添加劑。o環(huán)境環(huán)境n腐蝕介質(zhì)的環(huán)境，或者礦物油含有水分加速疲勞磨損n溫度升高會(huì)使?jié)櫥瑒ざ认陆?，油膜厚膜減小，使疲勞磨損加劇68四、沖蝕磨損四、沖蝕磨損Impingement attack; Erosion Corrosion o沖蝕或浸蝕磨損是指材料受到小而松散的流沖蝕或浸蝕磨損是指材料受到小而松散的流動(dòng)物體沖擊表面出現(xiàn)破壞的一類磨損現(xiàn)象。動(dòng)物體沖擊表面出現(xiàn)破壞的一類磨損現(xiàn)象

31、。o造成沖蝕的粒子通常比較硬，流動(dòng)速度高時(shí)，軟粒子甚至水也會(huì)造成沖蝕。691） 分類分類o就流動(dòng)介質(zhì)及第二相粒子進(jìn)行分類：70o沖蝕是粒子沖擊材料表面造成的破壞，從廣義上講，粒子可以是固體、液體和氣泡粒子可以是固體、液體和氣泡，它們沖擊到固體表面將會(huì)發(fā)生能量交換或者說(shuō)，兩者之間將出現(xiàn)能量再分配。被沖擊的表面可能發(fā)生彈性或塑性變形。71o沖蝕率定義為單位重量粒子造成材料流失的單位重量粒子造成材料流失的重量或體積重量或體積，其量綱為mg/g或mm3/go液體沖蝕或氣蝕破壞除用單位時(shí)間的失重表示外，還可用平均破壞深度、即一定面積上平均破壞深度、即一定面積上沖蝕的平均深度沖蝕的平均深度（單位為mm)。

32、722）主要影響因素）主要影響因素o環(huán)境參數(shù)如粒子的速度、濃度、入射角、o環(huán)境溫度；o磨料性質(zhì)，如硬度、粒度、可破碎性以及材料性能如熱物理性能和材料強(qiáng)鍍73（1）入射角）入射角o入射角指粒子入射軌跡與表面的夾角。o材料沖蝕率隨入射角變化。n塑性材料在2030 入射角時(shí)沖蝕率出現(xiàn)最大值，而脆性材料在一般情況下最大沖蝕率出現(xiàn)在接近90 入射角處。n小入射角下，塑性相起主要作用，而大入射角小入射角下，塑性相起主要作用，而大入射角下脆性相起主要作用下脆性相起主要作用。74(2)速度速度o粒子功能是造成材料沖蝕的主要原因o沖蝕率與粒子速度呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系、不因粒子種類、材料類型和入射角大小而變化o-沖蝕率

33、，為粒子速度，n、K均為常數(shù)。o粒子入射速度低到某一下限時(shí)，只在沖擊時(shí)出現(xiàn)彈粒子入射速度低到某一下限時(shí)，只在沖擊時(shí)出現(xiàn)彈性變形而無(wú)材料流失，稱此速度下限為門坎速度性變形而無(wú)材料流失，稱此速度下限為門坎速度值。這個(gè)速度值隨粒子材質(zhì)、形狀及材料性能而變化。75(3)沖蝕時(shí)間沖蝕時(shí)間o沖蝕磨損不同于粘著磨損和磨粒磨損、它呈現(xiàn)出較長(zhǎng)的潛伏期或孕育期長(zhǎng)的潛伏期或孕育期。o對(duì)于液滴沖蝕或氣蝕這點(diǎn)尤為重要。o首批粒子沖擊表面時(shí)主要造成加工硬化和表面粗糙化，不一定立刻出現(xiàn)材料流失。經(jīng)過(guò)一定的累積損傷后才能逐漸過(guò)渡到穩(wěn)定沖蝕階段76o孕育期()、最大沖蝕率區(qū)()及穩(wěn)定區(qū)()。o孕育期的長(zhǎng)短在表征材孕育期的長(zhǎng)短在

34、表征材料抗氣蝕沖蝕性能好壞料抗氣蝕沖蝕性能好壞o它表明材料從彈性變形到塑性破壞之間能夠承受外加能量的程度。77(4)環(huán)境溫度環(huán)境溫度o隨著溫度增加，材料沖蝕率上升o溫度過(guò)高時(shí)，材料表面可能氧化。n氧化膜的出現(xiàn)反而會(huì)提高材料的抗沖蝕能力，從而改善其抗沖蝕性能。78（5）入射粒子性能）入射粒子性能o固體粒子的形狀和粒度固體粒子的形狀和粒度n粒子尺寸超過(guò)臨界尺寸，沖蝕率趨于平穩(wěn)。n尖顆粒造成的破壞要比球形粒子嚴(yán)重。n硬粒子產(chǎn)生的沖蝕破壞比軟粒子嚴(yán)重o粒子的可碎性粒子的可碎性 即在沖擊時(shí)發(fā)生破裂碎化的趨勢(shì)n隨著入射角的增加，脆性粒子沖擊后發(fā)生破碎的幾率增大，破碎粒子將會(huì)對(duì)凹凸不平的表面產(chǎn)生第二次沖蝕。

35、79五、微動(dòng)磨損五、微動(dòng)磨損o兩個(gè)表面之間發(fā)生小振幅相對(duì)振動(dòng)引起的磨兩個(gè)表面之間發(fā)生小振幅相對(duì)振動(dòng)引起的磨損現(xiàn)象，即通常稱謂的損現(xiàn)象，即通常稱謂的“微動(dòng)磨損微動(dòng)磨損”。o微動(dòng)損傷中化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)占重要地位則稱為微動(dòng)腐蝕微動(dòng)腐蝕。o遭受微動(dòng)磨損的部件，在微動(dòng)磨損產(chǎn)生的同時(shí)，或在微動(dòng)作用停止后，受到循環(huán)應(yīng)力，出現(xiàn)疲勞強(qiáng)度降低，甚至早期斷裂的現(xiàn)象稱為微動(dòng)疲勞微動(dòng)疲勞801）微動(dòng)磨損的特征三個(gè)特征三個(gè)特征：o （1）具有引起微動(dòng)的振動(dòng)源(除機(jī)械力外還應(yīng)考慮電磁場(chǎng)、冷熱循環(huán)、流體特征誘發(fā)的振動(dòng))；o（2）磨痕具有方向一致的劃痕，硬結(jié)斑和塑性變形以及微裂紋；o（3）磨屑易于聚團(tuán)、含大量類似銹蝕產(chǎn)物的氧化

36、物。81oOA：金屬轉(zhuǎn)移和初始磨損造成曲線迅速上升；oAB：剪切到磨粒參與磨損；oBC：磨粒作用下降，材料損失減緩oCD :達(dá)到穩(wěn)定磨損率。8283o接觸首先發(fā)生在大量分散表面微凸體上，微動(dòng)初期少量磨屑落入谷內(nèi)(a)。o隨著磨屑量增加，谷被填滿，這時(shí)磨屑開(kāi)始起作用而使磨損成為磨粒磨損磨粒磨損。獨(dú)立而分散的微凸體被磨掉，許多微凸體合并成一個(gè)小平臺(tái)(b)。o磨屑進(jìn)一步增加，并開(kāi)始從接觸區(qū)溢出進(jìn)入鄰近的洼谷區(qū)(c)。o接觸區(qū)中壓力再分布，中心區(qū)垂直壓力增高，邊緣壓力降低，因此中心的磨粒磨損比較嚴(yán)重凹坑也迅速加深，最終使許多相鄰的小坑合并成較大的坑(d)84微動(dòng)磨損形貌圖4 微動(dòng)磨損初期的表面損傷 (

37、 鋁鋰合金，載荷500N，10個(gè)循環(huán))圖5 微動(dòng)磨損后期的表面損傷 ( 鋁鋰合金，載荷500N，103個(gè)循環(huán))85本節(jié)小結(jié)本節(jié)小結(jié)o摩擦的分類o磨損的分類：磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損、微動(dòng)磨損o磨料磨損：磨損機(jī)理、迎角 影響因素（磨料硬度、形狀、材料組織）o粘著磨損：涂抹、擦傷、咬死o疲勞磨損：表征o沖蝕磨損：表征、孕育期862.2 腐蝕基本理論o材料與環(huán)境組分發(fā)生的物理的、化學(xué)和電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)和破壞，稱之為腐蝕腐蝕。872.2.1 腐蝕分類腐蝕分類88o陽(yáng)極：金屬離子化 陰極：析氫，吸氧與腐蝕有關(guān)的電池：oA 異類電極電池 不同金屬間，同類金屬晶粒與晶界間，碳化物與基體間oB 濃差電池 主要為氧濃差電池，如水線腐蝕，半浸入水中的金屬，上方O高，為陰極。金屬離子濃差電池，濃度高處陰極，濃度低處陽(yáng)極。oC 溫差電池 熱交換器、鍋爐 對(duì)碳鋼，溫度高處為陽(yáng)極，Cu、Al相反。 8990Classification of corrosion912.2.2 腐蝕簡(jiǎn)介腐蝕簡(jiǎn)介o(1)全面腐蝕 可以是均勻地在金屬表面產(chǎn)生，也可以非均勻地產(chǎn)生。此種腐蝕，一般易于控制，危害不大。92o(2)