《磨损机理》PPT课件.ppt

磨损机理 一 磨损机理 一 磨损机理黏着磨损Adhesivewear两个固体表面接触 由于表面不平 实际上是微凸体之间的接触 在相对滑动和一定载荷作用下 接触点发生塑性变形或剪切 摩擦表面温度增高 严重时表层金属局部会软化或熔化 使接触点发生黏着或焊合 然后出现黏着 剪断 再黏着 再剪断的循环过程 形成了材料的转移 造成了黏着磨损 从微观角度解释其机理 则是高的接触应力 造成表面相互嵌入 破坏了表面膜 使纯洁金属接触部分形成了分子相互吸引的条件进行黏着 运动中再撕开 其中可能产生了一部分分子的转移 磨损的产生则是由于原子键联结并不一定都在原始微观接触处断开 而有可能在摩擦副中较弱方的表面层附近断开 结果使材料从摩擦副一方到另一方的转移 经常形成松脱的磨屑 油润滑的金属表面在油膜破裂后可能发生黏着 无油表面在表面污染膜失效后金属才能直接黏着 粘着磨损使摩擦副表面的几何形状发生变化 从光学显微镜下可以看到表面擦伤 划伤 材料转移 咬死焊点和疲劳点蚀等磨损形态 黏着磨损的主要类型按照摩擦表面损伤程度可划分为五类黏着磨损 示于下表 胶合是粘着磨损中最严重的形式 会造成大片金属被撕脱或表面间完全 咬死 是齿轮 蜗杆等传动的失效形式之一 粘着磨损与其他磨损形式的很大不同在于 其他磨损形式一般都需要一些时间来扩展或达到临界破坏值 而粘着磨损则发生的非常突然 这主要发生在滑动副或滚动副之间没有润滑剂时 或期间油膜受到过大负荷或过高温度而破坏时 严重时 机械系统中运动零件的 咬死 将导致灾难性失效 如轴承抱死 剧烈磨损等 简化的粘着磨损计算公式 式中 Wv 粘着磨损的体积磨损量 H 摩擦副中较软一方的材料硬度 FN 法向载荷 s 滑动行程 K 磨损系数 按不同的滑动材料组合和不同的摩擦条件试验测得 由此得到下面三条磨损定律 1 材料磨损量与行程成正比 2 材料磨损量与载荷成正比 3 材料磨损量与较软材料的硬度成正比 在采用上式时应注意其使用范围 第1定律可适用于多种条件 第2定律只适用于有限的载荷范围 实验证明 当压力不超过大约HB 3 HB 钢的布氏硬度 时 钢 钢摩擦副的K值接近常量 因而磨损率与载荷成正比 而超过此压力后K值急剧增大 因而磨损率也急剧增大 如图 结论是 在超过HB 3的临界载荷时就会发生大面积的严重粘着 对于其他金属 K值开始增大时的平均压力往往低于HB 3 也获得了同样的结果 实际上 在法向载荷下 临界载荷HB 3是个别微凸体下面的塑性区开始相互作用的压力 而当压力超过HB 3时将使表面微凸体之间呈现塑性接触 因而真实接触面积不再与载荷成正比 当有切向力 摩擦力 存在时 法向压力低于HB 3也会发生这种情况 因此 设计中选择许用应力必须低于材料硬度的1 3 才有可能减轻或不发生粘着磨损 要减少粘着磨损和确定磨损率 试验数据或经验数据是必需的 在名义压力不超过引起磨损系数K急剧增大的临界值时 某些工作条件下的K值见下表表某些工作条件下的磨损系数K 第3定律也有局限性 实际上 只有摩擦副双方是由相同的 而且不含合金的金属组成时 才有可能按其硬度估计粘着磨损 如果用的是合金或不同材料的摩擦副 则硬度就不能反映它们的粘着系数 粘着磨损或粘着引起的咬死等情况 减少黏着磨损的措施有 润滑是减少黏着磨损最有效 最经济的方法 对金属表面进行化学处理 硫化 磷化 氮化 提高表面光洁度 但特别光滑的表面 黏着磨损反而增加 控制摩擦表面的温度 磨粒磨损Abrasivewear物体表面与磨料相互摩擦引起表面材料损失的现象叫磨料磨损 它是指一个表面同它相匹配表面上的质硬物体或硬质颗粒 产生切削或刮擦作用 引起材料表面破坏 分离出磨屑或形成划伤的磨损 磨粒磨损是机械磨损的一种 非常普遍 危害性很大 据统计约占磨损总数的一半 在农业机械 工程机械 建筑机械 矿山机械 运输机械中的许多机械零件因工作条件恶劣 与泥砂 矿百 灰渣等直接接触 发生摩擦 产生不同形式的磨粒磨损 在开放式的机械运动中 许多零件与矿石或泥沙等直接接触 磨粒磨损就是其主要的磨损形式 实验表明 当金属材料的硬度比磨粒的硬度大30 时 被磨表面的磨损量就非常小 磨粒磨损有凿削式 高应力碾碎式及低应力擦伤式等三种形式 为了对比不同材料的磨料磨损特性 规定了以下度量单位 1 磨损量 W 2 耐磨性 1 W 3 相对耐磨性 r 试样 标样 磨粒磨损的机理有三种假说 1 微切削假说 即磨粒磨损是由于磨料颗粒沿金属表面进行微量切削过程引起的 2 疲劳破坏假说 即磨粒磨损是磨粒使金属表面层受交变应力和变形 便材料表面疲劳破坏 3 压痕假说 对于塑性较大的材料 因磨粒在力的作用下压人材料表面而产生压痕 从表面层上挤出剥落物 下图是以微凸体 a 或是磨屑 b 为特征的磨粒磨损 通过可延展或是脆性的方式使摩擦副表面变形进而导致断裂 裂纹和磨屑的产生 总之 磨粒磨损的机理是属于磨料颗粒的机械作用 它在很大程度上与磨粒的相对硬度 形状 大小 固定程度以及载荷作用下磨粒与被磨表面的力学性能有关 磨粒的来源有外界砂尘 切屑侵入 流体带入 表面磨损产物 材料组织的表面硬点及夹杂物等 例如 在采矿 物料运输 农机或工程机械作业和原材料加工处理过程中 若沙粒或尘粒进