【文章內(nèi)容簡介】 形成的氧化膜厚度非常小，例如鐵的氧化膜厚度為 1～ 3mm，銅的氧化膜厚度約為 5nm。但是，氧化膜的生成速度隨時間而變化。 (2)控制氧化膜的性質金屬表面形成的氧化膜的性質對氧化磨損有重要影響。若氧化膜緊密、完整無孔，與金屬表面基體結合牢固，則有利于防止金屬表面氧化；若氧化膜本身性 脆 ， 與金屬表面基體結合差，則容易被磨掉。例如鋁的氧化膜是硬脆的，在無摩擦 時，其保護作用大，但在摩擦時其保護作用很小。低溫下，鐵的氧化物是緊密的，與基體結合牢固，但在高溫下，隨著厚度增大，內(nèi)應力也增大，將導致膜層開裂、脫落。 (3)控制硬度 當金屬表面氧化膜硬度遠大于與其結合的基體金屬的硬度時，在摩擦過程中，即使在小的載荷作用下，也易破碎和磨損；當兩者相近時，在小載荷、小變形條件下，因兩者變形相近， 故氧化膜不易脫落；但若受大載荷作用而產(chǎn)生大變形時，氧化膜也易破碎。最有利的情況是氧化膜硬度和基體硬度都很高，在載荷作用下變形小，氧化膜不易破碎，耐磨性好，例如鍍硬鉻時，其硬度為 900HBS 左右，鉻的氧化膜硬度也很高，所以鍍硬鉻得到 廣泛應用。然而，大多數(shù)金屬氧化物都比原金屬硬而脆，厚度又很小，故對摩擦表面的保護作用很有限。但在不引起氧化膜破裂的工況下， 表面的氧化膜層有防止金屬之間粘著的作用， 因而有利于抗粘著磨損。 2．特殊介質下的腐蝕磨損 特殊介質下的腐蝕磨損是摩擦副表面金屬材料與酸、 堿、 鹽等介質作用生成的各種化合物，在摩擦過程中不斷被磨掉的磨損過程。其機理與氧化磨損相似，但磨損速度較快。 由于其腐蝕本身可能是化學的或電化學的性質， 故腐蝕磨損的速度與介質的腐蝕性質和 作用溫度有關 ， 也與相互摩擦的兩個金屬形成的電化學腐蝕的電位差有關。 介質腐蝕性越強 ， 作用溫度越高，腐蝕磨損速度越快。 減少或消除特殊介質下的腐蝕磨損的對策主要有： 1)使摩擦表面受腐蝕時能生成一層結構緊密且與金屬基體結合牢固 、 阻礙腐蝕繼續(xù)發(fā)生或使腐蝕速度減緩的保護膜，可使腐蝕磨損速度減小。 2)控制機械零件或構件所處的應力狀態(tài)，因為這對腐蝕影響很大。當機械零件受到重復應力作用時，所產(chǎn)生的腐蝕速度比不受應力時快得多 。 （ 5）微動磨損 兩個接觸表面由于受相對低振幅振蕩運動而產(chǎn)生的磨損稱為微動磨損。它產(chǎn)生于相對靜 止的接合零件上，因而往往易被忽視。微動磨損的最大特點是：在外界變動載荷作用下，產(chǎn)生振幅很小 (小于 100ūm，一般為 2～ 20ūm)的相對運動，由此發(fā)生摩擦磨損。例如在鍵聯(lián)接處、過盈配合處、螺栓聯(lián)接處、鉚釘聯(lián)接接頭處等結合上產(chǎn)生的磨損。 微動磨損使配合精度下降， 過盈配合部件結合緊度下降甚至松動， 聯(lián)接件松動乃至分離， 嚴重者會引起事故。微動磨損還易引起應力集中，導致聯(lián)接件疲勞斷裂。 1．微動磨損的機理 由于微動磨損集中在局部范圍內(nèi)，同時兩個摩擦表面永遠不脫離接觸，磨損產(chǎn)物不易往外排除，磨屑在摩擦表面 起著磨料的作用；又因摩擦表面之間的壓力使表面凸起部分粘著，粘著處被外界小振幅引起的擺動所剪切，剪切處表面又被氧化，所以微動磨損兼有粘著磨損和氧化磨損的作用。 微動磨損是一種兼有磨料磨損、粘著磨損和氧化磨損的復合磨損形式。 2．減少或消除微動磨損的對策 實踐與試驗表明，外界條件 (如載荷、振幅、溫度、潤滑等 )及材質對微動磨損影響相當大，因而，減少或消除微動磨損的對策主要有以下幾個方面： (1)載荷 在一定條件下，隨著載荷增大，微動磨損量將增加，但是當超過某臨界載荷之后，微動磨損量將減小。采用超過臨界載荷的緊 固方式可有效減少微動磨損。 (2)振幅 當振幅較小時，單位磨損率較??；當振幅超過 50～ 150um 時，單位磨損率顯著上升。因此，應有效地將振幅控制在 30um 以內(nèi)。 (3)溫度低碳鋼，在 0 以上時，微動磨損量隨溫度上升而逐漸降低；在 150。 C～ 200。 C 時，江西工業(yè)工程職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 23 頁 微動磨損量突然降低；繼續(xù)升高溫度，微動磨損量上升；溫度從 135。 C 升高到 400。 C 時，微動磨損量增加 15 倍。中碳鋼，在其他條件不變、溫度為 130。 C 時，微動磨損量發(fā)生轉折；超過此溫度，微動磨損量大幅度降低。 (4)潤滑 用 粘度大、抗剪切強度高的潤滑脂有一定效果，固體潤滑劑 (如 MoS PTFE 等 )效果更好。而普通的液體潤滑劑對防止微動磨損效果不佳。 (5)材質性能提高硬度及選擇適當材料配副都可以減小微動磨損。將一般碳鋼表面硬度從 180HV 提高到 700HV 時，微動磨損量可降低 50％。一般來說，抗粘著性能好的材料配副對抗微動磨損也好。采用表面處理 (如硫化或磷化處理以及鍍上金屬鍍層 )是降低微動磨損的有效措施。 機械零件的變形及其對策 機械 零件或構件在外力的作用下，產(chǎn)生形狀或尺寸變化的現(xiàn)象稱為變形。過量 的變形是機械失效的重要類型，也是判斷韌性斷裂的明顯征兆。例如，各類傳動軸的彎曲變形；橋式起重機主梁在變形下?lián)锨蚺で?；汽車大梁的扭曲變形；彈簧的變形等。變形量隨著時間的不斷增加，逐漸改變了產(chǎn)品的初始參數(shù)，當超過允許極限時，將喪失規(guī)定的功能。有的機械零件因變形引起結合零件出現(xiàn)附加載荷、相互關系失?；蚣铀倌p， 甚至造成斷裂等災難性 后果。 根據(jù)外力去除后變形能否恢復，機械零件或構件的變形可分為彈性變形和塑性變形兩大類。 1． 彈性變形 金屬零件在作用應力小于材料屈服強度時產(chǎn)生的變形稱為彈性變形。 彈性變形 的特點是： 1)當外力去除后，零件變形消除，恢復原狀。 2)材料彈性變形時，應變與應力成正比，其比值稱為彈性模量，它表示材料對彈性變形的阻力。在其他條件相同時，材料的彈性模量越高，由這種材料制成的機械零件或構件的剛度便越高，在受到外力作用時保持其固有的尺寸和形狀的能力就越強。 3)彈性變形量很小，一般不超過材料原長度的 0． 1％～ ％。 在金屬零件使用過程中，若產(chǎn)生超量彈性變形 (超量彈性變形是指超過設計允許的彈性變形 )，則會影響零件正常工作。例如，當傳動軸工作時，超量彈性變形會引起軸上齒輪嚙合狀 況惡化，影響齒輪和支承它的滾動軸承的工作壽命；機床導軌或主軸超量彈性變形，會引起加工精度降低甚至不能滿足加工精度。因此，在機械設備運行中，防止超量彈性變形是十分必要的。除了正確設計外，正確使用十分重要，應嚴防超載運行，注意運行溫度規(guī)范，防止熱變形等。 2．塑性變形 塑性變形又稱為永久變形，是指機械零件在外加載荷去除后留下來的一部分不可恢復的變形。金屬零件的塑性變形從宏觀形貌特征上看，主要有翹曲變形、體積變形和時效變形三種形式。 (1)翹曲變形 當金屬零件本身受到某種應力 (例如機械應力、熱應力或組織應力 等 )的作用， 其實際應力值超過了金屬在該狀態(tài)下的拉伸屈服強度或壓縮屈服強度后， 就會產(chǎn)生呈翹曲、橢圓或歪扭的塑性變形。因此，金屬零件產(chǎn)生翹曲變形是它自身受復雜應力綜合作用的結果。翹曲變形常見于細長軸類、薄板狀零件以及薄壁的環(huán)形和套類零件。 (2)體積變形 金屬零件在受熱與冷卻過程中，由于金相組織轉變引起比容變化，導致金屬零件體積脹縮的現(xiàn)象稱為體積變形。例如，鋼件淬火相變時，奧氏體轉變?yōu)轳R氏體或下貝氏體時比容增大，體積膨脹，淬火相變后殘留奧氏體的比容減小，體積收縮。馬氏體形成時的體積變化程度，與淬火相變時馬氏體中的含碳量有關。鋼件中含碳量越多，形成馬氏體時的比容變化越大，膨脹量也越大。此外，鋼中碳化物不均勻分布往往會增大變形程度。 (3)時效變形鋼件熱處理后產(chǎn)生不穩(wěn)定組織，由此引起的內(nèi)應力處于不穩(wěn)定狀態(tài)；鑄件在鑄造過程中形成的鑄造內(nèi)應力也處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在常溫下較長時間的放置或使用，不穩(wěn)定狀態(tài)的應力會逐漸發(fā)生轉變，并趨于穩(wěn)定，由此伴隨產(chǎn)生的變形稱為時效變形。 塑性變形導致機械零件各部分尺寸和外形的變化，將引起一系列不良后果。例如，機床主軸塑性彎曲，將不能保證加工精度，導致廢品率增大，甚至使主 軸不能工作。 零件的局部塑性變形雖然不像零件的整體塑性變形那樣引起明顯失效，但也是引起零件失效的重要形式。如鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、擋塊和銷釘?shù)?，由于靜壓力作用，通常會引起配合的一方或雙方的接觸表面擠壓 (局部塑性變形 )， 隨著擠壓變形的增大， 特別是那些能夠反向 運動的零件將引起沖擊，使原配合關系破壞的過程加劇，從而導致機械零件失效。 江西工業(yè)工程職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 23 頁 3．防止和減少機械零件變形的對策 變形是不可避免的，我們可從下列四個方面采取相應的對策防止和減少機械零件變形。 (1) 設計 設計時不僅要考慮零件的強度，還要重視零件的剛度 和制造、裝配、使用、拆卸、修理等問題。 1)正確選用材料，注意工藝性能。如鑄造的流動性、收縮性；鍛造的可鍛性、冷鐓性；焊接的冷裂、熱裂傾向性；機加工的可切削性；熱處理的淬透性、冷脆性等。 2)合理布置零件，選擇適當?shù)慕Y構尺寸。如避免尖角，棱角改為圓角、倒角；厚薄懸殊的部分可開工藝孔或加厚太薄的地方；安排好孔洞位置，把盲孔改為通孔等。形狀復雜的零件在可能條件下采用組合結構、鑲拼結構，改善受力狀況。 3)在設計中，注意應用新技術、新工藝和新材料，減少制造時的內(nèi)應力和變形。 (2)加工 在加工中要采取一系 列工藝措施來防止和減少變形。對毛坯要進行時效以消除其殘余內(nèi)應力。時效有自然時效和人工時效兩種。自然時效，可以將生產(chǎn)出來的毛坯在露天存放 1～ 2 年，這是因為毛坯材料的內(nèi)應力有在 12～ 20 個月逐漸消失的特點，其時效效果最佳；缺點是時效周期太長。人工時效可使毛坯通過高溫退火、保溫緩冷而消除內(nèi)應力。也可利用振動作用來進行人工時效。高精度零件在精加工過程中必須安排人工時效。 在制定零件機械加工工藝規(guī)程中，均要在工序、工步的安排上，工藝裝備和操作上采取減少變形的工藝措施。例如，粗精加工分開的原則，在粗精加工中間 留出一段存放時間。以利于消除內(nèi)應力。 機械零件在加工和修理過程中要減少基準的轉換，保留加工基準留給維修時使用，減少維修加工中因基準不統(tǒng)一而造成的誤差。對于經(jīng)過熱處理的零件來說，注意預留加工余量、調整加工尺寸、預加變形，這是非常必要的。在知道零件的變形規(guī)律之后，可預先加以反向變形量，經(jīng)熱處理后兩者抵消；也可預加應力或控制應力的產(chǎn)生和變化，使最終變形量符合要求，達到減少變形的目的。 (3)修理 在修理中，既要滿足恢復零件的尺寸、配合精度、表面質量等技術要求，還要檢查和修復主要零件的形狀、位置誤差。為了盡量減 少零件在修理中產(chǎn)生的應力和變形，應當制定出與變形有關的標準和修理規(guī)范，設計簡單可靠、好用的專用量具和工夾具，同時注意大力推廣 “三新 ”技術，特別是新的修復技術，如刷鍍、粘接等。 (4)使用 加強設備管理，制定并嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，加強機械設備的檢查和維護，不超負荷運行，避免局部超載或過熱等。 機械零件的斷裂及其對策 斷裂是零件在機械、熱、磁、腐蝕等單獨作用或者聯(lián)合作用下，其本身連續(xù)性遭到破壞，發(fā)生局部開裂或分裂成幾部分的現(xiàn)象。 機械零件斷裂后不僅完全喪失工作能力，而且還可能造成重大的經(jīng)濟損失或傷 亡事故。尤其是現(xiàn)代機械設備日益向著大功率、高轉速的趨勢發(fā)展，機械零件斷裂失效的幾率有所提高。盡管與磨損、變形相比，機械零件因斷裂而失效的機會很少，但機械零件的斷裂往往 會 造成嚴重的機械事故，產(chǎn)生嚴重的后果，是一種最危險的失效形式。 機械零件的斷裂一般可分為延性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂和環(huán)境斷裂四種形式。 1．延性斷裂 延性斷裂又稱為塑性斷裂或韌性斷裂。當外力引起的應力超過抗拉強度時發(fā)生塑性變形后造成斷裂就稱為延性斷裂。延性斷裂的宏觀特點是斷裂前有明顯的塑性變形，常出現(xiàn)“縮 頸 ”現(xiàn)象。延性斷裂斷口形貌的微觀 特點是斷面有大量韌窩 (即微坑 )覆蓋。延性斷裂實際上 是顯微空洞形成、長大、連接以致最終導致斷裂的一種破壞方式。 2．脆性斷裂 金屬零件或構件在斷裂之前無明顯的塑性變形，發(fā)展速度極快的一類斷裂叫脆性斷裂。 它通常在沒有預示信號的情況下突然發(fā)生，是一種極危險的斷裂形式。 3．疲勞斷裂 機械設備中的許多零件，如軸、齒輪、凸輪等，都是在交變應力作用下工作的。它們工作時所承受的應力一般都低于材料的屈服強度或抗拉強度，按靜強度設計的標準是安全的。 但在實際生產(chǎn)中，在重復及交變載荷的長期作用下，機械零件或構件仍然會發(fā) 生斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞斷裂，它是一種普通而嚴重的失效形式。在機械零件的斷裂失效中，疲勞斷裂占很大的比重，約為 80％～ 90％。 疲勞斷裂的類型很多，根據(jù)循環(huán)次數(shù)的多少可分為高周疲勞和低周疲勞兩種類型。 江西工業(yè)工程職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 23 頁 高周疲勞通常簡稱為疲勞，又稱為應力疲勞，是指機械零件斷裂前在低應力 (低于材料的屈服強度甚至彈性極限 )下，所經(jīng)歷的應力循環(huán)周次數(shù)多 (一般大于 105 次 )的疲勞，是 一 種常見的疲勞破壞。如曲軸、汽車后橋半軸、彈簧等零部件的失效一般均屬于高周疲勞破壞。 低周疲勞又稱為應變疲勞。低周疲勞的特點是承受的交變應力很 高，一般接近或超過材料的屈服強度，因此每一次應力循環(huán)都有少量的塑性變形，而斷裂前所經(jīng)歷的循環(huán)周次較少，一般只有 102～ 105 次，壽命短。 4．環(huán)境斷裂 環(huán)境