摩擦腐蚀基本知识讲解

1、第二章第二章 摩擦腐蚀基本知识摩擦腐蚀基本知识 授授 课课 教教 师师 ： 马马 静静 表面工程表面工程 Surface Engineering 2 第二章第二章 摩擦腐蚀基本知识摩擦腐蚀基本知识 o材料破坏的两大破坏形式： o摩擦磨损摩擦磨损 o腐蚀 3 o摩擦学：研究作相对运动表面及有关理论和 实践的科学技术 o包括摩擦、磨损磨损和润滑 o当两个相互接触的物体在外力作用下产生相 对运动或具有相对运动趋势时，在接触面间 产生的切向运动阻力称为摩擦力，这个阻力 与运动方向相平行，这种现象称之为摩擦摩擦。 2.1 摩擦与磨损摩擦与磨损 4 2.1.1 摩擦的分类摩擦的分类 1按摩擦副的运动状态分

2、类按摩擦副的运动状态分类 2按摩擦副的运动形式分类按摩擦副的运动形式分类 3按摩擦副表面的润滑状况分类按摩擦副表面的润滑状况分类 o按工作环境条件分类按工作环境条件分类 o按摩擦产生的程度分类按摩擦产生的程度分类 5 1按摩擦副的运动状态分类按摩擦副的运动状态分类 (1)静摩擦静摩擦 n一物体沿另一物体表面有相对运动趋势时产 生的摩擦称为静摩擦。这种摩擦力称为静摩 擦力。 n静摩擦力随作用于物体上的外力而变化，当 外力达到能克服最大静摩擦力时，物体才开 始宏观运动，从而由静摩擦转变为动摩擦。 (2)动摩擦动摩擦 n一物体沿另一物体表面相对运动时产生的摩 擦称为动摩擦。阻碍物体运动的切向力称为

3、动摩擦力。动摩擦力通常小于最大静摩擦力。 6 2按摩擦副的运动形式分类 o(1)滑动摩擦滑动摩擦 n物体接触表面相对滑动时产生的摩擦称为滑动 摩擦。 o(2)滚动摩擦滚动摩擦 n在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时产生的 摩擦称为滚动摩擦 7 3按摩擦副表面的润滑状况分类按摩擦副表面的润滑状况分类 o (1)纯净摩擦纯净摩擦 n摩擦表面没有任何吸附膜或化合物时产生的摩擦称 为纯净摩擦。这种摩擦只有在接触面产生塑性变形 使表面膜破坏或在真空中摩擦时才能发生。 o (2)干摩擦干摩擦(无润滑摩擦无润滑摩擦) n在大气条件下，摩擦表面间名义上没有润滑剂存在 时产生的摩擦称为干摩擦，或称无润滑摩擦。 o

4、(3)流体流体(润滑润滑)摩擦摩擦 n相对运动的两物体表面完全被流体隔开时产生的摩 擦称为流体(润滑)摩擦。当流体为液体时称为液体 摩擦，流体为气体时称为气体摩擦。流体摩擦时摩 擦发生在流体内部。 o(4)边界边界(润滑润滑)摩擦摩擦 n介于干摩擦和流体(润滑)摩擦之间的一种摩擦形式， 摩擦表面间存在着一层极薄的润滑膜，这层润滑膜 的存在使得边界摩擦较之干摩擦状态有很大改善， 但还不足以将两摩擦表面完全分隔开。 8 油膜油膜 膜厚膜厚 比比 9 o4. 摩擦副处于高温、高速、低温、真空、 辐射等特殊环境条件下工作，可将摩擦分为 正常工况条件下的摩擦和特殊工况条件下的 摩擦 o5. 根据产生摩擦

5、的程度，将摩擦分为轻微 摩擦和严重摩擦等。 10 2.1.2 摩擦过程的主要影响因素摩擦过程的主要影响因素 简要介绍影响干滑动摩擦干滑动摩擦的主要因素 o1材料性质材料性质 n当摩擦副是同一种(或者性质非常接近的)材料，或是两 种有能形成固溶合金的金属时，摩擦较严重。 n例如铜铜摩擦副的摩擦系数可达1.0以上，铝铁或 铝低碳钢摩擦副的摩擦系数大于0.8。而不同金属或 亲和力低的金属组成的摩擦副摩擦系数较低，如银铁 或银低碳钢摩擦副的摩棕系数约为0.03。 n当摩擦副材料性能接近，并且摩擦表面硬度较低时，往 往容易产生胶合容易产生胶合而导致摩擦副损坏。 n采用性能相差较大的材料作摩擦副采用性能相

6、差较大的材料作摩擦副 n如果所采用的摩擦副材料性能接近时，如齿轮摩擦副，如果所采用的摩擦副材料性能接近时，如齿轮摩擦副， 则通常使表面具有较高的硬度。则通常使表面具有较高的硬度。 Why？ 11 2表面粗糙度表面粗糙度 o当摩擦表面的粗糙度发生变化时，会导致摩擦机理 的改变 o对于粗糙表面，以机械啮合为主；对于光滑表面，对于粗糙表面，以机械啮合为主；对于光滑表面， 以黏附为主。以黏附为主。 o当摩擦副表面非常粗糙时，摩擦系数较大。然而非 常平滑的表面可能摩擦系数更大，这是因为真实接 触面积增大，表面间的分子作用加强。 o一般说来，摩擦副存在一最佳粗糙度区间，在这一 间内，所产生的摩擦系数最小。

7、 12 3温度温度 o两方面进行分析 n一方面金属摩擦副随温度升高，可焊性增大可焊性增大， 强度降低，导致真实接触面积增大，黏附程度 增加，从而使摩擦系数增大； n另一方面随着温度升高，表面发生氧化发生氧化的程度 增加，形成表面氧化膜的可能性增大，这有可 能导致摩擦系数下降。 o因此金属摩擦副在一定温度下的摩擦特性将 取决于金属在该温度下的强度、可焊性及所金属在该温度下的强度、可焊性及所 形成的表面膜形成的表面膜。 13 4速度速度 o当摩擦表面的相对滑动速度发生变化时，表表 面微凸体的变形速度、变形程度和表面温度面微凸体的变形速度、变形程度和表面温度 都将发生受化都将发生受化，从而导致摩擦系

8、数发生变化。 因此，速度对摩擦系数的影响，受多种因素 制约，往往需要针对具体的摩擦副，通过试 验确定。 14 5表面膜表面膜 o摩擦副接触表面膜一般由氧化膜、吸附膜和其他污染薄 膜等组成，其存在会极大地影响摩擦副的摩擦特性。 n如在干摩擦表面加入润滑油加入润滑油后会使摩擦系数显著降 低。 n当摩擦副材料表面存在表面膜存在表面膜时，由于摩擦主要发 生在表面膜之间，同时一般情况下表面膜的剪切强 度小于本体材料的剪切强度，因此摩擦系数较小。 o生产中常常在摩擦副材料表面涂覆一层软金属表面涂覆一层软金属(如铟、 镉、铅等)或表面膜表面膜(如硫化膜、氧化膜、磷化膜等)以 降低摩擦系数，减少材料的摩擦与磨

9、损。 n 表面膜的厚度对摩擦系数有显著影响，通常存在者 一个最佳的膜厚范围一个最佳的膜厚范围，太薄或太厚都会使摩擦增大。 15 2.1.2 磨损基本知识磨损基本知识 o磨损定义：由于机械作用，有时伴有化学或由于机械作用，有时伴有化学或 电的作用物体工作表面材料作相对运动过程电的作用物体工作表面材料作相对运动过程 中不断损耗的现象中不断损耗的现象。 o大多数材料配副的摩擦系数介于0.11.0之 间，而其磨损率却相差很多数量级。 o按磨损机理分四大类：磨料磨损，冲蚀磨损，磨料磨损，冲蚀磨损， 粘着磨损和疲劳磨损粘着磨损和疲劳磨损。 16 o表2.1 磨损的基本类型P39 17 一、磨料磨损一、磨料

10、磨损 abrasive wear odef：由硬颗粒或硬突起物在载荷的作用 下，嵌入摩擦表面，相互接触和作用的过 程中，使材料产生迁移而造成的损耗。一 般指非金属,如石英砂，岩石等。 o特征：摩擦表面沿滑动方向出现刻痕 18 1) 磨料磨损的分类 P39 o以磨损接触物体表面来分类 n两体磨料磨损，三体磨料磨损（滑动，滚动） o以力的作用特点分类 n低应力划伤式磨料磨损、高应力划伤式磨料磨 损、凿削式磨料磨损 19 20 2) 磨料磨损机理磨料磨损机理 o塑性材料塑性材料 o1微观切削机理 o 磨粒作用存材料表面上的 力可分解为法向分力(正压 力)和切向分力(摩擦力)。 在法向分力作用下，磨料

11、压 入材料表面形成压痕，在切 向分力作用下，磨粒向前推 进。 o形成一次切屑 21 微切削磨损微切削磨损 图2-3 (a) 典型微切屑; (b) 滑移变形形成的皱褶 图2-2 a) 微切削磨损在钢表面产生的切削痕 b) 钢的微切屑形貌 22 2犁沟变形机理犁沟变形机理 o当磨粒的形状与位向不利于切削时，磨粒将使材料 产生犁沟变形，即将材料推向前方或两侧并使沟底即将材料推向前方或两侧并使沟底 及沟槽附近的材料产生塑性变形及沟槽附近的材料产生塑性变形。 o后继的磨粒可能把堆积起来的材料压平，也可能使 已经犁沟变形的材料遭受再一次的犁沟变形，如此 反复，将导致材料的加工硬化和其他强化作用，最 后产生

12、裂纹、断裂而形成磨屑。 23 o犁沟变形模型如图： 24 图2-11 因塑性变形发生去除的两种机制 o（a）犁沟；（b） 微观切屑；（c）切屑模型 25 图1-4 磨料磨损机制 26 o迎角迎角(也叫冲角)是指磨料前面与材料表面间的 夹角(下图示)。 o磨料能否切削材料与迎角有关，只有当迎角大只有当迎角大 于临界迎角时，才能产生切屑于临界迎角时，才能产生切屑；反之，如果迎 角小于临界迎角，则只能产生塑性犁沟，将材 料推向沟槽的两侧及前沿。 27 图2-18 不形成切削 形成 切削 28 脆性材料脆性材料 3微观断裂微观断裂(剥落剥落)磨损机理磨损机理 o在磨损过程中，大多数材料表面都会发生塑性

13、变形， 但脆性材料(如陶瓷、玻璃、碳化物等)或含有硬而 脆的第二相质点的材料在与磨料作用时，断裂机理 可能占主导地位，脆性材料或脆性相脆性材料或脆性相将产生断裂或 剥落，因此磨损量比塑性材料的磨损量大 施加载荷较大、磨料尖锐以 及材料的断裂韧度与硬度的 比值愈低时，材料愈趋向于 压痕断裂。材料的硬度决定 了磨料颗粒可能压入的深度 。 29 o如果压痕深度大于产生断裂的临界深度时，材料因断裂如果压痕深度大于产生断裂的临界深度时，材料因断裂 机制产生的去除过程就会优先发生。高的断裂韧度会增机制产生的去除过程就会优先发生。高的断裂韧度会增 加压痕临界深度值，因而减小了因断裂机制去除的磨损加压痕临界深

14、度值，因而减小了因断裂机制去除的磨损 体积。体积。 o无论是塑性材料还是脆性材料，均可能同时发无论是塑性材料还是脆性材料，均可能同时发 生塑性变形和断裂两种机制，在某种条件下，生塑性变形和断裂两种机制，在某种条件下， 某一机制占主导地位。某一机制占主导地位。 4疲劳磨损机理疲劳磨损机理 o疲劳磨损机理在一般磨料磨损中起主导作用.即材料表 面在磨粒产生的循环接触应力作用下，因疲劳剥落而形 成磨屑。 30 3) 磨料磨损的主要影响因素磨料磨损的主要影响因素 (1)磨料硬度的影响磨料硬度的影响 o材料的耐磨性决定于材料硬度材料硬度Hm 和磨料硬度和磨料硬度Ha的比值的比值。 o当HmHa0.5时为硬

15、磨料磨损， 此时增加材料的硬度对其耐磨性增 加不大（无关）。 o当HmHa0.8时为软磨料磨损， 此时增加材料的硬度能迅速地提高 其耐磨性 o当H mHa在0.50.8之间时，要 根据实际情况进行判断。 31 (2)磨料形状及尺寸的影响磨料形状及尺寸的影响 尖锐的、多角形的磨料比圆而钝的磨料磨损率大。 o磨料颗粒大小对材料的磨损有影响，一般是随着磨随着磨 粒直径的增加，磨损量增大粒直径的增加，磨损量增大。 o磨粒的直径达到某一临界尺寸后，磨损量几乎不再 增加，这个磨料颗粒的临界尺寸在100 m左右， 与材料的成分、性能、加工方法、速度及载荷等有 关 32 33 34 (3)磨料脆性的影响磨料脆

16、性的影响 o材料的磨料磨损往往需要多次反复才能完成， 在这一过程中，磨料的状态将发生改变 n一种表现为尖角和锐边被破坏，即由原来尖锐 的、多角形的磨料变成圆而钝磨料变成圆而钝的磨料，使得材 料的磨损率下降。 n另一种表现为磨料破碎，生成尖角和锐边磨料破碎，生成尖角和锐边，使 得材料的磨损率增大。 35 （4）载荷的影响：）载荷的影响： 磨损率与压力成正比，但有一转折点，当磨损率与压力成正比，但有一转折点，当 压力达到或超过临界压力时，磨损率随压压力达到或超过临界压力时，磨损率随压 力的增加变的平缓。力的增加变的平缓。 36 5）材料的基体组织和性能）材料的基体组织和性能 o钢铁材料的基体组织与

17、耐磨性的关系指出， 基体组织的耐磨性一般按铁素体、珠光体、按铁素体、珠光体、 贝氏体和马氏体的顺序递增贝氏体和马氏体的顺序递增。 o 在实际工作中选用耐磨材料并不是如此简 单，一个普遍的观念是“硬度越高的材料耐硬度越高的材料耐 磨性越好磨性越好”。适合于较低接触应力、较低滑较低接触应力、较低滑 动速度的滑动磨料磨损动速度的滑动磨料磨损条件。 o相反，在高接触应力、高冲击或相对滑动速 度快、磨料硬而锐利的情况下不适用。 37 图2-35 钢与铁的各种基体组织的耐磨料磨损性 38 o未经热处理钢的耐磨性单值地决定其宏观硬度。未经热处理钢的耐磨性单值地决定其宏观硬度。 o热处理钢的相对耐磨性随宏观硬

18、度增高而线性地增热处理钢的相对耐磨性随宏观硬度增高而线性地增 加加，但比未经热处理钢要慢些。 o耐磨性不仅取决于钢的硬度，而且取决于成分。 n不同成分的热处理钢虽然只有相同硬度但耐磨性不 同，说明各种的耐磨性与宏观硬度间并不存在单值 的对应关系。 o磨损的金属表面上发生了最大限度的最大限度的“加工硬化加工硬化”， 材料耐磨性与其磨损后的表面硬度成正比。材料耐磨性与其磨损后的表面硬度成正比。 39 o高锰钢材料是一个典型的实例。高锰钢经水韧性处 理后，获得单一奥氏体组织，硬度约为HB180230。 o用高锰钢制作的挖掘机斗齿，在挖掘硬的矿心时， 由于高锰钢得到充分的加工硬化充分的加工硬化，表现出

19、良好的耐 磨性，优于回火马氏体和贝氏体钢。 o相反，若将高锰钢斗齿用于挖掘主要含石英砂的砂 土层时，其耐磨性远不如马氏体和贝氏体钢。 40 二、粘着磨损二、粘着磨损 o定义：两个接触表面相对运动两个接触表面相对运动 时，由于接触点粘着和焊合而时，由于接触点粘着和焊合而 形成的粘着结点被锯切断裂，形成的粘着结点被锯切断裂， 被剪断的材料由一个表面转移被剪断的材料由一个表面转移 到另一个表面，或脱落成磨屑到另一个表面，或脱落成磨屑 而产生的磨损。而产生的磨损。 o粘着磨损的主要特征是出现材 料转移，同时沿滑动方向产生 不同程度的磨痕。 时 间 磨损量 o ab 图2.1 粘着磨损阶段磨损特征 41

20、 (1)(1) 磨合阶段磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加磨损量随时间的增加而增加。出出 现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度， 微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度 快。快。 42 (2)(2)稳定磨损阶段：稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳定状摩擦表面磨合后达到稳定状 态，磨损率保持不变态，磨损率保持不变。标志磨损条件保持相标志磨损条件保持相 对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。 43 (3)(3) 剧烈磨损阶段：剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损量急工作条件恶化，磨损量

21、急 剧增大。剧增大。精度降低、间隙增大，温度升高，精度降低、间隙增大，温度升高， 产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完 全失效。全失效。 44 非典型磨非典型磨 损曲线损曲线 45 磨损特性曲线磨损特性曲线-浴盆曲线浴盆曲线 典型浴典型浴 盆曲线盆曲线 46 1) 1) 粘着磨损的分类粘着磨损的分类 47 五类典型粘着磨损五类典型粘着磨损 (1)(1)轻微磨损轻微磨损: : 粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低， 剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较 轻

22、微。轻微。 (2)(2)涂抹涂抹: : 粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较 硬金属抗剪切强度。剪切破坏发生在离粘着结合面硬金属抗剪切强度。剪切破坏发生在离粘着结合面 不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬金属表面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬金属表面。 48 (3)(3)擦伤：擦伤： 粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。 剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚 表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出 现细而浅划痕，

23、硬金属表面也偶有划伤。现细而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。 (4)(4)划伤：划伤： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高， 切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩 擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。 49 (5) (5) 咬死：咬死： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都 高，粘着区域大，切应力低于粘着结合强度。高，粘着区域大，切应力低于粘着结合强度。 摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动。摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动。 5

24、0 2）影响粘着磨损的主要因素）影响粘着磨损的主要因素 o影响粘着磨损的因素多而复杂，概括起来有两个方 面，即摩擦副的工作条件和摩擦副的材料特性。 1润滑状态的影响润滑状态的影响 o润滑状态对粘着磨损的影响很大，这是由于润滑膜 或表面膜可以有效地防止摩擦表面的直接接触和产 生联结点。因此，在润滑油中加入能提高油膜强度 和润滑能力的油性和极压添加剂，能显著提高抗粘 着磨损能力。 51 2载荷、滑动速度和温度的影响载荷、滑动速度和温度的影响 o随着载荷和滑动速度不断增加，摩擦界面的 温度不断升高。在摩擦磨损过程中，金属材 料表面及表层将发生一系列的成分、组织结 构和性能变化，如加工硬化、产生加工硬

25、化、产生“白层白层” 组织二次淬火、形成牢固的氧化膜组织二次淬火、形成牢固的氧化膜等都能提 高材料的抗粘着磨损性能；反之材料的软化、 其至熔化等都将使磨损率提高。 52 载荷载荷 当载荷增大到某一临界当载荷增大到某一临界 值后，粘着磨损量会急值后，粘着磨损量会急 剧增加。右图是四球机剧增加。右图是四球机 磨痕直径的变化，当载磨痕直径的变化，当载 荷达到一定值时，磨痕荷达到一定值时，磨痕 直径迅速增大，此载荷直径迅速增大，此载荷 称为胶合载荷。称为胶合载荷。 53 3 3摩擦副材料的影响摩擦副材料的影响 o (1)金属互溶性的影响金属互溶性的影响 相同金属或互溶性相同金属或互溶性 大大(晶格类型

26、、晶格常数、电子密度及电化晶格类型、晶格常数、电子密度及电化 学性能等相同或相近学性能等相同或相近)的金属摩擦副，具有的金属摩擦副，具有 较强的粘着倾向，因而抗粘着磨损能力低。较强的粘着倾向，因而抗粘着磨损能力低。 o (2)金属晶体结构的影响金属晶体结构的影响 密排六方晶体结密排六方晶体结 构的金属一般比面心立方晶体的金属抗粘着构的金属一般比面心立方晶体的金属抗粘着 性能好，这是由于面心立方滑移系数大的缘性能好，这是由于面心立方滑移系数大的缘 故。故。 54 oCu/Ni与与Fe/Ag磨损率相差磨损率相差500倍倍 55 (3)金属组织的影响 o多相组织的金属比单相金属的抗粘着性能好 o金属

27、化合物比单相固溶体的抗粘着性能好 o金属与非金属组成的摩擦副比金属与金属摩擦 副抗粘着性能好， o脆性材料比塑性材料抗粘着性能好。 n这是由于塑性材料粘着结点的破坏常发生在离表面 较深处，磨屑较大，而脆性材料粘着结点的破坏处 离表面较浅，主要是剥落，磨屑呈细片状。 56 o在工业生产中常采用各种表面技术来提高金采用各种表面技术来提高金 属摩擦副的抗粘着性能属摩擦副的抗粘着性能。 n一类是表面强化或硬化处理(如表面淬火、化学热 处理、电镀、喷涂及各种涂层等)， n另一类是表面润滑处理(如渗硫、磷化、表面软金 属涂层等)。 57 三、疲劳磨损三、疲劳磨损 o定义：摩擦副材料微体积受循环接触应力影

28、响，导致反复变形，产生裂纹和分离出微片 或颗粒的表面疲劳剥落现象，称为疲劳磨损 或接触疲劳磨损。 o 接触疲劳磨损失效的主要形式是点蚀和剥 落，即在原来光滑的接触表面上产生深浅不 等的凹坑(也称麻点)和较大面积的剥落坑。 o疲劳磨损有点蚀、剥落、剥层与擦伤 58 点蚀实物点蚀实物 59 剥剥 落落 60 o接触疲劳磨损的过程一般分为两个阶段，即 在材料表面或表层首先萌生出疲劳裂纹和随 后产生裂纹扩展。 o当摩擦副两个接触体相对滚动或滑动时，在 接触区将产生很大的接触应力和塑性变形。 o由于交变应力长期反复的作用，在材料表面 或表层的薄弱处引发疲劳裂纹并随后裂纹逐 步扩展，最后金属以薄片的形式断

29、裂剥落下 来成为磨屑。 61 o点蚀的裂纹：一般从材料的表面表面开始，向内 倾斜扩展，然后折向表面，裂纹以上的材料 折断脱落下来即产生点蚀。因此点蚀坑的表 面形貌像“扇形扇形”。 o剥落的裂纹：一般从材料的亚表层亚表层开始，与与 表面平行的方向扩展表面平行的方向扩展，最后形成片状片状的剥落 坑。 62 63 1）影响疲劳磨损的主要因素）影响疲劳磨损的主要因素 o 疲劳磨损的评定指标一般不是用磨损失重或体积迁移 量表示，而是用一定接触应力下，接触元件的循环周次 (即疲劳寿命)来表示。 1载荷的影响载荷的影响 o 载荷是影响疲劳磨损寿命的重要因素。一般认为球 轴承的疲劳磨损寿命与载荷的立方成反比，

30、即 o式中 N球轴承的疲劳磨损寿命，即循环次数 W外加载荷。 64 2材料组织及性能的影响材料组织及性能的影响 o接触元件的组织和热处理工艺对疲劳磨损寿 命有很大影响 o渗碳钢制作的滚动元件，也要求渗碳层中的 马氏体细小、碳化物小而均匀分布 o材料的硬度对疲劳磨损的影响存在一个最佳 的硬度范围。 65 o在滚动接触情况下，滚动元件的材料匹配很 重要。材料的强度、弹性、塑性和韧性等对 疲劳磨损寿命有很大影响。 o一般通过试验来确定最佳的匹配关系 66 3材料冶金质量的影响材料冶金质量的影响 o钢材的冶金质量对零件的疲劳磨损寿命有明显的影 响。 o轴承钢对非金属夹杂物有严格的要求。轴承钢的疲 劳磨

31、损寿命与夹杂物的类型、形态和数量有很大的 关系。其中Al2O3、TiN等氧化物、氮化物和硅酸盐 影响最大。 o夹杂物尺寸越大、分布越不均匀，危害越大夹杂物尺寸越大、分布越不均匀，危害越大。特别 是位于接触面表面(大约1mm)的夹杂物影响更大。 o钢中的氧、氢、氮等气体也会降低滚动元件的疲劳 磨损寿命。 67 4其他因素的影响其他因素的影响 o表面状态表面状态 精磨的寿命车削，抛光 车削，粗糙 的表面容易产生点蚀。 o润滑剂润滑剂 高黏度、低指数的润滑剂由于不容易进入 疲劳裂纹能提高疲劳磨损寿命。材料+润滑油组合 在润滑剂中适当加入某些添加剂。 o环境环境 n腐蚀介质的环境，或者矿物油含有水分加

32、速疲劳磨损 n温度升高会使润滑剂黏度下降，油膜厚膜减小，使疲劳 磨损加剧 68 四、冲蚀磨损四、冲蚀磨损 Impingement attack; Erosion Corrosion o冲蚀或浸蚀磨损是指材料受到小而松散的流冲蚀或浸蚀磨损是指材料受到小而松散的流 动物体冲击表面出现破坏的一类磨损现象。动物体冲击表面出现破坏的一类磨损现象。 o造成冲蚀的粒子通常比较硬，流动速度高时， 软粒子甚至水也会造成冲蚀。 69 1） 分类分类 o就流动介质及第二相粒子进行分类： 70 o冲蚀是粒子冲击材料表面造成的破坏，从广 义上讲，粒子可以是固体、液体和气泡粒子可以是固体、液体和气泡，它 们冲击到固体表面

33、将会发生能量交换或者 说，两者之间将出现能量再分配。被冲击的 表面可能发生弹性或塑性变形。 71 o冲蚀率定义为单位重量粒子造成材料流失的单位重量粒子造成材料流失的 重量或体积重量或体积，其量纲为mg/g或mm3/g o液体冲蚀或气蚀破坏除用单位时间的失重表 示外，还可用平均破坏深度、即一定面积上平均破坏深度、即一定面积上 冲蚀的平均深度冲蚀的平均深度（单位为mm)。 72 2）主要影响因素）主要影响因素 o环境参数如粒子的速度、浓度、入射角、 o环境温度； o磨料性质，如硬度、粒度、可破碎性以及材 料性能如热物理性能和材料强镀 73 （1）入射角）入射角 o入射角指粒子入射轨迹与表面的夹角。

34、 o材料冲蚀率随入射角变化。 n塑性材料在2030 入射角时冲蚀率出现最大 值，而脆性材料在一般情况下最大冲蚀率出现 在接近90 入射角处。 n小入射角下，塑性相起主要作用，而大入射角小入射角下，塑性相起主要作用，而大入射角 下脆性相起主要作用下脆性相起主要作用。 74 (2)速度速度 o粒子功能是造成材料冲蚀的主要原因 o冲蚀率与粒子速度呈指数函数关系、不因粒子种类、 材料类型和入射角大小而变化 o-冲蚀率，为粒子速度，n、K均为常数。 o粒子入射速度低到某一下限时，只在冲击时出现弹粒子入射速度低到某一下限时，只在冲击时出现弹 性变形而无材料流失，称此速度下限为门坎速度性变形而无材料流失，称

35、此速度下限为门坎速度值。 这个速度值随粒子材质、形状及材料性能而变化。 75 (3)冲蚀时间冲蚀时间 o冲蚀磨损不同于粘着磨损和磨粒磨损、它呈 现出较长的潜伏期或孕育期长的潜伏期或孕育期。 o对于液滴冲蚀或气蚀这点尤为重要。 o首批粒子冲击表面时主要造成加工硬化和表 面粗糙化，不一定立刻出现材料流失。经过 一定的累积损伤后才能逐渐过渡到稳定冲蚀 阶段 76 o孕育期()、最大冲蚀 率区()及稳定区()。 o孕育期的长短在表征材孕育期的长短在表征材 料抗气蚀冲蚀性能好坏料抗气蚀冲蚀性能好坏 o它表明材料从弹性变形 到塑性破坏之间能够承 受外加能量的程度。 77 (4)环境温度环境温度 o随着温度

36、增加，材料冲蚀率上升 o温度过高时，材料表面可能氧化。 n氧化膜的出现反而会提高材料的抗冲蚀能力， 从而改善其抗冲蚀性能。 78 （5）入射粒子性能）入射粒子性能 o固体粒子的形状和粒度固体粒子的形状和粒度 n粒子尺寸超过临界尺寸，冲蚀率趋于平稳。 n尖颗粒造成的破坏要比球形粒子严重。 n硬粒子产生的冲蚀破坏比软粒子严重 o粒子的可碎性粒子的可碎性 即在冲击时发生破裂碎化的 趋势 n随着入射角的增加，脆性粒子冲击后发生破碎 的几率增大，破碎粒子将会对凹凸不平的表面 产生第二次冲蚀。 79 五、微动磨损五、微动磨损 o两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨

37、损现象，即通常称谓的损现象，即通常称谓的“微动磨损微动磨损”。 o微动损伤中化学或电化学反应占重要地位则 称为微动腐蚀微动腐蚀。 o遭受微动磨损的部件，在微动磨损产生的同 时，或在微动作用停止后，受到循环应力， 出现疲劳强度降低，甚至早期断裂的现象称 为微动疲劳微动疲劳 80 1）微动磨损的特征 三个特征三个特征： o （1）具有引起微动的振动源(除机械力外 还应考虑电磁场、冷热循环、流体特征诱发 的振动)； o（2）磨痕具有方向一致的划痕，硬结斑和 塑性变形以及微裂纹； o（3）磨屑易于聚团、含大量类似锈蚀产物 的氧化物。 81 oOA：金属转移和初始磨 损造成曲线迅速上升； oAB：剪切到

38、磨粒参与磨 损； oBC：磨粒作用下降，材 料损失减缓 oCD :达到稳定磨损率。 82 83 o接触首先发生在大量分散表面微凸体上，微动初期 少量磨屑落入谷内(a)。 o随着磨屑量增加，谷被填满，这时磨屑开始起作用 而使磨损成为磨粒磨损磨粒磨损。独立而分散的微凸体被磨 掉，许多微凸体合并成一个小平台(b)。 o磨屑进一步增加，并开始从接触区溢出进入邻近的 洼谷区(c)。 o接触区中压力再分布，中心区垂直压力增高，边缘 压力降低，因此中心的磨粒磨损比较严重凹坑也 迅速加深，最终使许多相邻的小坑合并成较大的坑 (d) 84 微动磨损形貌 图4 微动磨损初期的表面 损伤 ( 铝锂合金，载荷500N

39、 ，10个循环) 图5 微动磨损后期的表面 损伤 ( 铝锂合金，载荷500N ，103个循环) 85 本节小结本节小结 o摩擦的分类 o磨损的分类：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨 损、冲蚀磨损、微动磨损 o磨料磨损：磨损机理、迎角 影响因素（磨 料硬度、形状、材料组织） o粘着磨损：涂抹、擦伤、咬死 o疲劳磨损：表征 o冲蚀磨损：表征、孕育期 86 2.2 腐蚀基本理论 o材料与环境组分发生的物理的、化学和电化学 作用而引起的变质和破坏，称之为腐蚀腐蚀。 87 2.2.1 腐蚀分类腐蚀分类 88 o阳极：金属离子化 阴极：析氢，吸氧 与腐蚀有关的电池： oA 异类电极电池 不同金属间，同类金属晶粒与晶 界间，碳化物与基体间 oB 浓差电池 主要为氧浓差电池，如水线腐蚀，半 浸入水中的金属，上方O高，为阴极。金属离子浓 差电池，浓度高处阴极，浓度低处阳极。 oC 温差电池 热交换器、锅炉 对碳钢，温度高处为 阳极，Cu、Al相反。 89 90 Classification of corrosion 91 2.2.2 腐蚀简介腐蚀简介 o(1)全面腐蚀 可以是均匀地在金属表面产生， 也可以非均匀地产生。此种腐蚀，一般易于 控制，危害不大。 92 o(2)局部腐蚀 包