【正文】 磨損及磨損原理 —— 第一講 一 .概 述 二 .粘著磨損 三 .磨粒磨損 四 .疲勞磨損 五 .其他形式磨損 沖蝕磨損、化學(xué)磨損 六 .磨損的轉(zhuǎn)化與復(fù)合 題綱 第一節(jié) 概 述 任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的零件之間都將因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，而 磨損正是由于摩擦產(chǎn)生的結(jié)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壽命。從材料學(xué)科特別是從材料的工程應(yīng)用來(lái)看，人們更重視研究材料的磨損。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界能源的 1／ 3～ 1／ 2消耗于摩擦，而機(jī)械零件 80％失效原因是磨損。 輪胎壓痕 (SEM 5000X) 摩擦痕跡 (350X) 與摩擦相比 ， 磨損要復(fù)雜得多 。 對(duì)大多數(shù)機(jī)器來(lái)說(shuō) ，磨損比摩擦顯得更為重要 ， 實(shí)際上人們對(duì)磨損的理解遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如摩擦 。 對(duì)機(jī)器磨損的預(yù)測(cè)能力也很差 。 對(duì)于大多數(shù)不同系統(tǒng)的材料 ， 在空氣中的摩擦系數(shù)大小相差不超過(guò) 20倍 ， 而磨損率之差卻很大 ， 如聚乙烯對(duì)鋼的磨損和鋼對(duì)鋼的磨損之比可相差 105倍 。 在具體的工作條件下 ， 磨損影響因素十分復(fù)雜 ， 它包括工作條件 、 環(huán)境因素 、 介質(zhì)因素和潤(rùn)滑條件以及零件材料的成分 、 組織和工作表面的物理 、 化學(xué) 、 機(jī)械性能等 ， 了解影響因素有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損的控制 。 磨損的研究工作開(kāi)展得較遲 ， 本世紀(jì) 50年代初期在工業(yè)發(fā)展國(guó)家開(kāi)始研究 “ 粘著磨損 ” 理論 ， 探討磨損機(jī)理 。 1953年美國(guó)的 J. F. Archard 提出了 簡(jiǎn)單的磨損計(jì)算公式 ， 1957年蘇聯(lián)的克拉蓋爾斯基提出了 固體疲勞理論和計(jì)算方法 ，1973年美國(guó)的 磨損剝層理論 。 20世紀(jì) 60年代后，由于電子顯微鏡、光譜儀、能譜儀、俄歇譜儀以及電子衍射儀等測(cè)試儀器和放射性同位素示蹤技術(shù)、鐵譜技術(shù)等大量的綜合的應(yīng)用，使得 磨損研究在磨損力學(xué)、機(jī)理、失效分析、監(jiān)測(cè)及維修等方面有了較快的發(fā)展 。把磨損試驗(yàn)機(jī)直接裝在電子顯微鏡內(nèi)進(jìn)行觀察和錄像，了解磨損的動(dòng)態(tài)過(guò)程；研究磨損的表面，次表面及磨屑形貌、成分、組織和性能的變化，以監(jiān)測(cè)磨損過(guò)程，分析磨損機(jī)理，從而尋求提高機(jī)器壽命的可能途徑。 ： 磨損是摩擦副 相對(duì)運(yùn)動(dòng) 時(shí)，在摩擦的作用下，材料表面物質(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形和斷裂的現(xiàn)象。 表面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、化學(xué)作用和熱作用。 (1) 機(jī)械作用使摩擦表面發(fā)生物質(zhì)損失及摩擦表面變形。 (2) 化學(xué)作用使摩擦表面發(fā)生性狀的改變。 (3) 熱作用使摩擦的表面發(fā)生形狀的改變。 定義說(shuō)明 ① 磨損并不局限于機(jī)械作用 ， 由于伴同化學(xué)作用而產(chǎn)生的 腐蝕磨損 ；由于界面放電作用而引起物質(zhì)轉(zhuǎn)移的 電火花磨損 ；以及由于伴同熱效應(yīng)而造成的 熱磨損 等現(xiàn)象都在磨損的范圍之內(nèi)； ② 定義強(qiáng)調(diào)磨損是相對(duì)運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象 ， 因而 ， 橡膠表面老化 、 材料腐蝕等非相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的現(xiàn)象不屬于磨損研究的范疇； ?定義說(shuō)明 ③ 磨損發(fā)生在物體工作表面材料上 ， 其它非界面材料的損失或破壞 ， 不包括在磨損范圍之內(nèi)； ④ 磨損是不斷損失或破壞的現(xiàn)象 ， 損失包括直接耗失材料和材料的轉(zhuǎn)移 (材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面上去 )，破壞包括產(chǎn)生殘余變形 ， 失去表面精度和光澤等 。 不斷損失或破壞則說(shuō)明磨損過(guò)程是連續(xù)的 、 有規(guī)律的 ， 而不是偶然的幾次 。 磨損的危害： (1) 影響機(jī)器的質(zhì)量，減低設(shè)備的使用壽命。如齒輪齒面的磨損，破壞了漸開(kāi)線齒形，傳動(dòng)中導(dǎo)致沖擊振動(dòng)。機(jī)床主軸軸承磨損，影響零件的加工精度。 (2) 降低機(jī)器的效率，消耗能量。如柴油機(jī)缸套的磨損，導(dǎo)致功率不能充分發(fā)揮。 (3) 減少機(jī)器的可靠性，造成不安全的因素。如斷齒、鋼軌磨損。 (4) 消耗材料 , 造成機(jī)械材料的大面積報(bào)廢。 研究?jī)?nèi)容： (1) 磨損類(lèi)型及發(fā)生條件、特征和變化規(guī)律。 (2) 影響磨損各種因素，包括材料、表面形態(tài)、環(huán)境、滑動(dòng) 速度、載荷、溫度等。 (3) 磨損的物理模型、計(jì)算及改善措施。 (4) 磨損的測(cè)試技術(shù)與實(shí)驗(yàn)分析方法。 表面被磨平，實(shí)際接觸面積不斷增大，表面應(yīng)變硬化，形成氧化膜，磨損速率減小。 斜率就是磨損速率，唯一穩(wěn)定值；大多數(shù)機(jī)件在穩(wěn)定磨損階段（ AB段）服役； 磨損性能是根據(jù)機(jī)件在此階段 的表現(xiàn)來(lái)評(píng)價(jià)。 隨磨損的增長(zhǎng)，磨耗增加，表面間隙增大，表面質(zhì)量惡 化，機(jī)件快速失效。 磨損過(guò)程的一般規(guī)律： 磨損過(guò)程分為三個(gè)階段 : 非典型磨損曲線 2. 磨損特性曲線 典型浴盆曲線典型浴盆曲線 磨損率 :單位時(shí)間內(nèi)單位載荷下材料的磨損量的表示 磨損類(lèi)型 磨損 類(lèi)型 其他磨損類(lèi)型 破壞方式 基 本 特 征 微動(dòng)磨損 磨損表面有粘著痕跡 ， 鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物 ， 通常作為磨料加劇磨損 。 剝 層 破壞首先發(fā)生在次表層 ， 位錯(cuò)塞積 ， 裂紋成核 ， 并向表面擴(kuò)展 ，最后材料以薄片狀剝落 ， 形成片狀磨屑 。 膠 合 表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移 ， 有較大粘著坑塊 ， 在高速重載下 ， 大量摩擦熱使表面焊合 ， 撕脫后留下片片粘著坑 。 咬 死 黏著坑密集 ， 材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重 ， 摩擦副大量焊合 ， 磨損急劇增加 ，摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止 。 點(diǎn) 蝕 材料以極細(xì)粒狀脫落 ， 出現(xiàn)許多 “ 豆斑 ” 狀凹坑 。 研 磨 宏觀上光滑 ， 高倍才能觀察到細(xì)小的磨?；?。 劃 傷 低倍可觀察到條條劃痕 ， 由磨粒切削或犁溝造成 。 鑿 削 存在壓坑 ， 間或有粗短劃痕 ， 由磨粒沖擊表面造成 表面破壞方式及特征 磨損表面有粘著痕跡，鐵金屬磨屑被氧化成紅棕色氧化物，通常作為磨料加劇磨損。 表面存在明顯粘著痕跡和材料轉(zhuǎn)移，有較大粘著坑塊，在高速重載下，大量摩擦熱使表面焊合，撕脫后留下片片粘著坑。 黏著坑密集，材料轉(zhuǎn)移嚴(yán)重，摩擦副大量焊合，磨損急劇增加，摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到阻礙或停止。 破壞首先發(fā)生在次表層，并向表面擴(kuò)展，最后材料以薄片狀剝落，形成片狀磨屑。 材料以極細(xì)粒狀脫落，出現(xiàn)許多“豆斑”狀凹坑。 低倍可觀察到條條劃痕，由磨粒切削或犁溝造成。 宏觀上光滑，高倍才能觀察到細(xì)小的磨粒滑痕。 存在壓坑，間或有粗短劃痕，由磨粒沖擊表面造成 磨損時(shí)零件表面的損壞是材料表面單個(gè)微觀體積損壞的總和 。 目前對(duì)磨損評(píng)定方法還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 。 這里主要介紹三種方法： 磨損量 、耐磨性和磨損比 。 （ 1） 磨損量 評(píng)定材料磨損的三個(gè)基本磨損量是 長(zhǎng)度磨損量 Wl、 體積磨損量 Wv和重量磨損量 Ww。 長(zhǎng)度磨損量 是指磨損過(guò)程中零件表面尺寸的改變量 ， 這在實(shí)際設(shè)備的磨損監(jiān)測(cè)中經(jīng)常使用 。 體積磨損量 和重量磨損量是指磨損過(guò)程中零件或試樣的體積或重量的改變量 。 在所有的情況下 ， 磨損都是時(shí)間的函數(shù) ， 因此 ， 用 磨損率 Wt39。來(lái)表示時(shí)間的特性 。 其它指標(biāo)還有 磨損強(qiáng)度 W39。(單位摩擦距離的磨損量 ， 有人也把它稱為磨損率 )， 和 磨損速度 WT39。(是指機(jī)器完成一單位工作量的磨損量 )。 （ 2）耐磨性 材料的耐磨性是指在一定工作條件下材料耐磨損的特性 。材料耐磨性分為 相對(duì)耐磨性和絕對(duì)耐磨性 兩種 。 材料的相對(duì)耐磨性 ε是指兩種材料 A與 B在相同的外部條件下磨損量的比值 ， 其中材料之一的 A是標(biāo)準(zhǔn) (或參考 )試樣 。 εA＝ WA/WB 磨損量 WA和 WB一般用體積磨損量 ， 特殊情況下可使用其它磨損量 。 耐磨性通常也用絕對(duì)指標(biāo) W1或 W180。1表示 ， 即用磨損量或磨損率的倒數(shù)表示 。 W1=1/W, W180。1=1/W180。 耐磨性使用最多的是體積磨損量的倒數(shù) ， 也可用體積磨損率 、 體積磨損強(qiáng)度或體積磨損速度的倒數(shù)表示 。 絕對(duì)耐磨性