材料力学性能第八章_2011.doc

第八章 材料的摩擦磨损任何一部机器在运转时，机件之间总要发生相对运动。当两个相互接触的机件表面做相对运动（滑动、滚动或滑动滚动）时就产生了摩擦，有摩擦就有磨损，这是必然的结果。而磨损是降低机器或工具运行效率、精确度甚至使其报废的重要原因，也是造成金属材料损耗和能源消耗的重要原因。8.1 磨损概述机件表面相接触并做相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑（松散的、尺寸和形状均不相同的碎屑），是表面材料逐渐流失（导致机件尺寸变化和质量损失）、造成表面损伤的现象称为磨损。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理和化学作用。磨损过程中，磨屑的形成也是一个变形和断裂的过程，但表面应力复杂，且塑性变形和断裂反复动态进行，表层组织变化也具有动态特征。8.2 耐磨性试验一、试验方法（磨损量的测量有称重法和尺寸法两类），一般用磨损量（）来表示，包括线磨损量（摩擦表面法向尺寸减小量）、体积磨损量、质量磨损量；上述磨损量为摩擦行程或摩擦时间的函数，因此可取单位行程或单位时间内的磨损量作为耐磨性指标（磨损速率），称耐磨强度（m/m，mg/m）和耐磨率（m/h，mg/h）。也可用相对耐磨性来表示：3.磨损过程机件正常运行中的磨损过程一般分为三个阶段： 跑合阶段（磨合阶段）开始，摩擦表面具有一定的粗糙度，真实接触面积较小，故磨损速率很大。随着表面逐渐被磨平，实际接触面积增大，磨损速率减小； 稳定磨损阶段经过跑合阶段，接触表面进一步平滑，磨损稳定下来，磨损量很低，而磨损速率保持恒定；（大多数机器零件均在此阶段服役，磨损试验也需要进行到这一阶段。通常根据这一阶段的时间、磨损速率或磨损量来评定材料的耐磨性能。一般在跑合阶段磨合得越好，稳定磨损阶段的磨损速率就越低） 剧烈磨损阶段随时间和磨损行程增加，接触表面之间的间隙逐渐扩大，机件表面质量下降，润滑膜被破坏，引起剧烈振动，磨损速率急剧增加，摩擦副温度升高，机械效率下降，精度丧失，最后导致零件完全失效。8.3 磨损机制（磨损类型）一、黏着（粘着）磨损又称擦伤、咬合磨损实际表面存在粗糙度，两个相互作用的面接触时，真正的接触只在少数几个孤立的微凸体顶点上，由此产生高的局部应力，超过材料的压缩屈服强度，发生塑性变形，挤破润滑油膜、氧化膜，同时摩擦表面温度升高，裸露的金属表面接触而产生黏着，而摩擦面持续相对运动，黏着点被剪切破坏，另一区域又形成新的黏着点。即：黏着点形成剪切破坏形成破坏。二、磨料磨损在硬的磨粒或凸出物对零件表面的摩擦过程中，使表面层材料发生磨耗的现象。（石英、砂土、矿石等非金属磨料，或零件本身磨损产物） 一种是磨料硬度高且棱角尖锐，在切应力作用下，切削金属表面形成切屑； 另一种是磨料圆钝，基体材料塑性好，磨料在基体表面犁过，使其产生塑性变形在两侧堆积起来形成沟槽，然后堆积部分被压平，反复的塑性变形，产生裂纹并引起剥落（疲劳破坏）任何存在于大气中的机件表面总有一层氧的吸附层。在摩擦副做相对运动时，由于表面凹凸不平，在凸起部位单位压力很大，导致产生塑性变形。塑性变形和摩擦热加速了氧向金属内部扩散，从而形成氧化膜。由于形成的膜的强度低，在摩擦副继续做相对运动时，氧化膜被摩擦副一方的凸起所剥落，裸露出新表面，从而又发生氧化，会后又再被磨去。机件表面就这样被磨损，称为氧化磨损过程。三、腐蚀磨损在摩擦过程中，摩擦副之间或摩擦副表面与周围介质发生化学或电化学反应，形成的腐蚀产物在摩擦过程中被剥离出来所造成的磨损。腐蚀磨损常与机械磨损（比如黏着磨损和磨粒磨损）共存，故又称机械腐蚀磨损。在各类金属零件中最经常见到腐蚀磨损的是氧化磨损。与别的磨损相比，氧化磨损具有最小的磨损速度（0.10.5m/h），是允许存在的一种磨损形式，生产中可创造条件使其他磨损转化为氧化磨损（改善润滑条件）。氧化磨损速率和氧化膜性质和它与基体的结合强度有关（脆性的、结合强度低易磨损），也与基体金属表面塑性变形抗力有关（硬度高耐磨损）。四、微动磨损两接触表面间小幅度的相对切向运动称为微动。在压紧的表面之间由于微动而发生的磨损称为微动磨损。（例如紧配合轴在反复弯矩M作用下弯曲，从配合点A至边缘各点滑动量依次增加到dl，这种非常小的相对滑动引起磨损。）微动磨损是黏着、磨料、腐蚀、和表面疲劳的复合磨损过程：两接触面产生凸起塑性变形，黏着，随后发生的切向位移使黏着点脱落；脱落的颗粒具有较大的活性，从而在大气中形成氧化物；由于两摩擦面不脱离接触，在随后的位移中，发生脱落的颗粒将起磨料作用；接触区产生疲劳裂纹，裂纹形成后，与表面近似垂直方向向内部扩展，导致疲劳失效。（磨损类型并非固定不变，而是在不同的外界条件（摩擦类型、相对滑动速度和接触压力的大小）和材料特性（表面抗粘着能力、力学性能、耐热性、金属与润滑剂的相互作用等）条件下，呈现不同的形式；而且，各种磨损类型往往同时或交替出现；（参考教材P144页详细