機(jī)械磨損的過(guò)程和分類(lèi)及影響磨損的因素

機(jī)械磨損的過(guò)程與分類(lèi)及影響磨損的因素兩個(gè)互相接觸的物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體表面的物質(zhì)不停轉(zhuǎn)移和損失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磨損。磨損的成果，使兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體接觸表面不停的有微粒脫落，表面性質(zhì)、幾何尺寸發(fā)生變化。一、磨損的過(guò)程普通，運(yùn)動(dòng)副的磨損過(guò)程可分為三個(gè)階段，如圖1-1-3所示。圖1-1-3磨損的三圖1-1-3磨損的三個(gè)階段2、穩(wěn)定磨損階段在這個(gè)階段，磨損速度是比較緩慢和恒定的，在磨損量與時(shí)間關(guān)系的曲線上，含有基本不變的斜率。普通機(jī)械壽命的長(zhǎng)短就是指這一階段時(shí)間的長(zhǎng)短。3、激烈磨損階段通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定磨損之后，由于摩擦表面之間的間隙和表面形狀的變化，以及產(chǎn)生疲勞磨損等現(xiàn)象，急劇加緊磨損速度，直至摩擦副不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)件達(dá)成激烈磨損階段時(shí)，機(jī)械效率下降，精度喪失、產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)、摩擦副的溫度也會(huì)急劇上升，此時(shí)，必須停機(jī)修理或更換。二、磨損分類(lèi)當(dāng)代機(jī)械工程界常采用的分類(lèi)辦法是按摩擦表面破壞的機(jī)理和特性，分為磨粒磨損，粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。這種分類(lèi)辦法揭示了多個(gè)類(lèi)型磨損的過(guò)程和本質(zhì)，對(duì)采取抗磨方法有很大的指導(dǎo)意義。1..磨粒磨損什么叫磨粒？廣義地說(shuō)，但凡硬質(zhì)顆?；蛴步饘俣际悄チ?，但從研究的角度講磨粒一般指非金屬礦物和巖石，如二氧化硅、灰塵等。硬質(zhì)微粒進(jìn)入摩擦表面間時(shí)，由于產(chǎn)生切削和磨削作用，金屬表面發(fā)生塑性變形而引起的磨損叫磨粒磨損。按摩擦表面所受應(yīng)力和沖擊的大小分為鑿削式磨粒磨損、高應(yīng)力磨粒磨損和低應(yīng)力磨粒磨損，如圖1-1-4所示。圖1-1-4磨粒磨損的三種類(lèi)型圖（1）鑿削式磨粒磨損 見(jiàn)圖1-4a，這類(lèi)磨損的特性是沖擊力大，磨料以很大的沖擊切入金屬表面。因此工件受到很高的應(yīng)力，造成表面宏觀變形，并可從摩擦表面鑿削下大顆粒的金屬，在被磨損表面有較深的溝槽和壓痕。如挖掘機(jī)的斗齒、礦石破碎機(jī)錘頭等零件表面的磨損即屬于此種磨損形式。（2）高應(yīng)力磨粒磨損見(jiàn)圖1-1-4b，這類(lèi)磨損的特點(diǎn)是應(yīng)力高，磨料所受應(yīng)力超出磨料的壓碎強(qiáng)度。當(dāng)磨粒夾在兩摩擦表面之間時(shí)，局部產(chǎn)生很高的接觸應(yīng)力，磨料不停被碾碎。被碾碎的磨料顆粒呈多邊形，擦傷金屬，在摩擦表面留下溝槽和凹坑。如礦石粉碎機(jī)的腭板，軋碎機(jī)滾筒等表面的破壞。低應(yīng)力磨粒磨損見(jiàn)圖1-1-4c，這種磨損的特性是應(yīng)力低，磨料作用于摩擦表面的應(yīng)力不超出它本身的壓潰強(qiáng)度。材料表面有擦傷并有微小的切削痕跡。如泥砂泵葉輪的磨損。2、粘著磨損由于摩擦表面存在著一定的表面粗糙度，在壓力作用下，當(dāng)摩擦表面互相作用時(shí)，在真實(shí)接觸點(diǎn)上產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，存在于摩擦面上的表面膜在高溫、高壓作用下遭到破壞，從而發(fā)生新鮮金屬表面直接接觸，在接觸點(diǎn)上產(chǎn)生粘著，若繼續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，撕裂面產(chǎn)生在某一局部強(qiáng)度弱的一方，而發(fā)生磨損。這種磨損叫粘著磨損，如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的拉缸現(xiàn)象就是這種磨損。產(chǎn)生粘著磨損的條件可歸納以下：（1）表面純潔，無(wú)吸附膜。金屬表面事實(shí)上經(jīng)常存在著吸附膜。常溫下只有在塑性變形之后，金屬滑移，吸附膜破壞，才干露出純潔的金屬表面。再就是溫度升高，能使膜層破壞。（2）接觸面愈近，愈易產(chǎn)生粘著。接觸點(diǎn)愈密，實(shí)際接觸面愈大。原子晶格距離愈近，愈易產(chǎn)生粘著。（3）原子點(diǎn)陣晶格中的能量要超出一定的數(shù)值，才干引發(fā)粘著。零件的彈性變化，溫度升高都會(huì)使原子能量增加，活動(dòng)能力增強(qiáng)，容易產(chǎn)生粘著。（4）同名金屬易粘著。同名金屬原子晶體距離相等，親合力強(qiáng)，在其它條件相似時(shí)，比異名金屬易產(chǎn)生粘著。3、疲勞磨損疲勞磨損是循環(huán)接觸應(yīng)力周期性地作用在摩擦表面上，使表面材料疲勞而引發(fā)材料微粒脫落的現(xiàn)象。在滾動(dòng)摩擦面上，兩摩擦面接觸的地方產(chǎn)生了接觸應(yīng)力，表層發(fā)生彈性變形，在表層內(nèi)部產(chǎn)生了較大的切應(yīng)力（這個(gè)單薄區(qū)域最易產(chǎn)生裂紋），由于接觸應(yīng)力的重復(fù)作用，在達(dá)到一定次數(shù)后，其表層內(nèi)部的單薄區(qū)域開(kāi)始產(chǎn)生裂紋。同時(shí)，在表層外部也因接觸應(yīng)力的重復(fù)作用而塑性變形，材料表面硬化，最后產(chǎn)生裂紋。在裂紋形成的兩個(gè)表面之間，由于壓力的潤(rùn)滑油楔入，使裂紋內(nèi)壁產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，迫使裂紋加深并擴(kuò)展，這種裂紋的擴(kuò)展延伸，就造成了麻點(diǎn)剝落。如滾動(dòng)軸承和齒輪傳動(dòng)的磨損就是屬于疲勞磨損。遭受滾動(dòng)接觸疲勞磨損的表面常出現(xiàn)深淺不同的針狀痘、斑狀凹坑或較大面積的剝落。因此有人又稱(chēng)其為點(diǎn)蝕或痘斑磨損。疲勞磨損分為非擴(kuò)展性和擴(kuò)展性的兩類(lèi)。（1）非擴(kuò)展性疲勞磨損 對(duì)于新的摩擦表面，由于接觸點(diǎn)少，單位面積上的壓力較大，容易產(chǎn)生小麻點(diǎn)。但隨著磨合，實(shí)際接觸面積增大，單位面積承受的壓力減少、麻點(diǎn)停止擴(kuò)大，因而不會(huì)明顯地影響機(jī)件的正常工作。（2）擴(kuò)展性疲勞磨損當(dāng)作用在兩接觸面上的交變應(yīng)力較大，或材料、潤(rùn)滑油選擇不當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)的小麻點(diǎn)數(shù)量不停增加進(jìn)而形成麻點(diǎn)的連接現(xiàn)象，形成痘斑狀凹坑或大面積剝落。4、腐蝕磨損摩擦?xí)r材料與周邊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)互相作用而造成的磨損叫做腐蝕磨損。這種磨損實(shí)質(zhì)上包含兩個(gè)過(guò)程：腐蝕和機(jī)械磨損。由于介質(zhì)及材料的性質(zhì)不同，腐蝕磨損可分二類(lèi)：氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損。（1）氧化磨損大氣中含有氧，因此氧化磨損是一種最常見(jiàn)的磨損形式，其特性是在金屬的摩擦表面沿滑動(dòng)方向形成勻細(xì)的磨痕。鋼鐵材料在低速滑動(dòng)摩擦?xí)r，由于摩擦熱的作用可能形成黑色Fe304磨屑和松脆Fe0。影響氧化磨損的因素有滑動(dòng)速度，接觸載荷，氧化膜的硬度、介質(zhì)的含氧量，潤(rùn)滑條件及材料性能等。普通說(shuō)來(lái)，氧化磨損比其它磨損輕微得多。使用油脂潤(rùn)滑，把摩擦表面與空氣中的氧隔絕開(kāi)來(lái)，能夠減緩氧化膜的形成速度，減少氧化磨損。（2）特殊介質(zhì)的腐蝕磨損由于摩擦副與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的磨損稱(chēng)為介質(zhì)腐蝕磨損。其機(jī)理與氧化磨損相似，但磨損速度快得多。鎳、鉻等元素在特殊介質(zhì)作用下，可形成化學(xué)結(jié)合力較高、構(gòu)造較致密的鈍化膜，因此，可減輕腐蝕磨損。鎢、鉬在500℃以上其表面可形成保護(hù)膜，使摩擦系數(shù)減小，因此鎢、鉬是抗高溫腐蝕的重要材料。含銀、銅等元素的軸承材料，在溫度不高時(shí)，與潤(rùn)滑油中的硫化物作用也可生成硫化膜，能起減摩作用。另外，由碳化鎢、碳化鈦等構(gòu)成的硬質(zhì)合金，也都含有高的抗腐蝕磨損能力。三、影響磨損的因素影響磨損的重要因素有：潤(rùn)滑狀況，零件運(yùn)動(dòng)速度及單位壓力，溫度，濕度及周邊環(huán)境，零件材料，零件表面加工質(zhì)量，零件的配合間隙等。1..潤(rùn)滑對(duì)磨損的影響潤(rùn)滑對(duì)減少零件的磨損有重要的作用。例如液體潤(rùn)滑狀態(tài)能避免粘著磨損，供應(yīng)摩擦副干凈的潤(rùn)滑油能夠避免磨料磨損，對(duì)的地選擇潤(rùn)滑材料能夠減低腐蝕磨損和疲勞磨損等等。對(duì)機(jī)件進(jìn)行良好潤(rùn)滑，在摩擦副中保持足夠的潤(rùn)滑劑，能夠減少摩擦副金屬與金屬的直接摩擦、減少功率消耗，延長(zhǎng)零件使用壽命，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2..零件運(yùn)動(dòng)速度及單位壓力對(duì)磨損的影響有潤(rùn)滑油時(shí)，零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度愈高，愈易形成液體摩擦而減少磨損。在于摩擦條件下，速度增加會(huì)因單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程增加而使單位時(shí)間內(nèi)磨損增加。機(jī)器旋轉(zhuǎn)方向經(jīng)常變化起動(dòng)頻率愈高，機(jī)件的磨損亦愈快。零件單位壓力增加時(shí)，會(huì)使磨損加劇。因此普通不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷和使其產(chǎn)生沖擊載荷。3..溫度對(duì)磨損的影響溫度重要影響潤(rùn)滑油吸附性薄膜的強(qiáng)度。潤(rùn)滑油膜有相稱(chēng)高的機(jī)械穩(wěn)定性，但溫度及化學(xué)穩(wěn)定性較差，當(dāng)在高溫和化學(xué)變化時(shí)，潤(rùn)滑油便失去吸附性能。普通潤(rùn)滑油的安全溫度為50~60℃。當(dāng)溫度達(dá)成150~200℃時(shí)，摩擦表面的油膜便遭到破壞，摩擦性質(zhì)由邊界摩擦變?yōu)楦赡Σ?，固然磨損也就加緊。4..濕度及周邊環(huán)境對(duì)磨損的影響機(jī)件工作的周邊環(huán)境與否有高溫輻射、水濕、水汽、煤氣、灰塵、鐵末、或其它液體、氣體的化學(xué)腐蝕介質(zhì)等的影響。這些都將造成和加速機(jī)件的氧化和腐蝕磨損。5..零件材料對(duì)磨損的影響材料的耐磨性重要決定于材料的硬度和韌性。材料的硬度決定金屬對(duì)其表面變形的抵抗能力。過(guò)高的硬度，易使材料增加脆性，而材料的韌性則可避免磨粒的產(chǎn)生，提高其耐磨性能。通過(guò)熱解決或化學(xué)熱解決的鋼材，能夠獲得新的優(yōu)良的性質(zhì)，提高零件的耐磨性，有時(shí)零件的表面需要提高耐磨性，可用表面淬火或高頻淬火的辦法獲得?；蛘卟捎脻B碳、滲氮或氰化的辦法，使鋼的表面含有較高的硬度和耐磨性。在組合件中，如軸承副中的轉(zhuǎn)軸，由于它是需要加工的重要零件，因此應(yīng)采用耐磨材料（如優(yōu)質(zhì)合金鋼）來(lái)制造；對(duì)較簡(jiǎn)樸的零件，如軸承襯和軸瓦、則選用巴氏合金、銅基合金等較軟材料（又稱(chēng)減摩合金）來(lái)制造，以達(dá)成減摩和耐磨的目的。6、零件表面加工質(zhì)量對(duì)磨損的影響零件表面加工質(zhì)量重要指機(jī)械加工質(zhì)量，涉及宏觀幾何形狀、表面粗糙度和加工刀痕方向等。（1）宏觀幾何形狀的影響宏觀幾何形狀指加工后實(shí)際形狀與抱負(fù)形狀的偏差，即加工精度，如圓度、圓柱度、平行度和垂直度等。宏觀幾何形狀的誤差使零件表面載荷分布不均勻，集中于局部地方，容易造成局部嚴(yán)重磨損。圖1-1-5零件磨損量與表面粗糙度的關(guān)系粗糙度的關(guān)系（2）表面粗糙度的影響實(shí)驗(yàn)測(cè)得零件磨損量與表面粗糙度有以下關(guān)系：如圖1-1-5，所示，曲線1為輕載荷的狀況，曲線Ⅱ?yàn)橹剌d荷的狀況。從圖中能夠看出：①每一種載荷下有一種最合理表面粗糙度，其磨損量最??；②輕載荷比重載荷的合理表面粗糙規(guī)定更小某些；③在相似的載荷下，普通來(lái)說(shuō)，表面粗糙度愈細(xì)，磨損量愈小，但超出0圖1-1-5零件磨損量與表面粗糙度的關(guān)系粗糙度的關(guān)系（3）刀痕方向的影響刀痕方向?qū)δp影響較大，如果兩摩擦表面的刀痕方向是平行的而與