表面工程学-02金属磨损的基本理论(1-3)

1、第第1111届全国表面工程大会届全国表面工程大会 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 3.4 3.4 冲蚀磨损冲蚀磨损 2.5 2.5 微动磨损微动磨损 2.6 2.6 疲劳磨损疲劳磨损 2.7 2.7 腐蚀磨损腐蚀磨损 第第2 2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 一、一、磨损的定义和分类磨损的定义和分类 二、磨损评定参数二、磨损评定参数 第第2 2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术

2、与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室4 磨损的定义：磨损的定义： 英国机械工程学会英国机械工程学会_“由于机械作用而造成物体由于机械作用而造成物体 表面材料的逐渐损耗表面材料的逐渐损耗” （未包括电和化学所产生的作用）（未包括电和化学所产生的作用）。 克拉盖尔斯基克拉盖尔斯基【苏苏】_“由于摩擦结合力反复扰由于摩擦结合力反复扰 动而造成材料的损坏动而造成材料的损坏”（过分强调了疲劳的作用）。（过分强调了疲劳的作用）。 建议建议_“由于机械作用，间或伴有化学或由于机械作用，间或伴有化学或( (和和) )电电 的作用，材料表面在相对运动中不断损耗的现象的作用，材料表面在相对运动中不断损耗的现象”。

3、 一、磨损的定义和分类一、磨损的定义和分类 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室5 一、磨损的定义和分类一、磨损的定义和分类 磨损的分类：磨损的分类： 按表面接触性质按表面接触性质 按环境与介质按环境与介质 按机理按机理 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 粘着磨损粘着磨损 磨料磨损磨料磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 接触疲劳磨损接触疲劳磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 微动磨损微动磨损 冲击磨损冲击磨损 此处按照机理分类此处按照机理分类 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本

4、理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室6 磨损的多学科性磨损的多学科性 一、磨损的定义和分类一、磨损的定义和分类 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 表面技术表面技术 表面物理表面物理 机械学机械学 冶金学冶金学 摩擦化学摩擦化学 固体力学固体力学 材料科学材料科学 润滑力学润滑力学 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室7 不同摩擦副条件下摩擦力的大小不同摩擦副条件下摩擦力的大小 一、磨损的定义和分类一、磨损的定义和分类 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 第第2章章

5、金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室8 低硬度时：低硬度时： 轻微磨损轻微磨损 严重磨损严重磨损 轻微磨损轻微磨损 磨损率与载荷的关系磨损率与载荷的关系 高硬度时：轻微磨损高硬度时：轻微磨损 一、磨损的定义和分类一、磨损的定义和分类 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 载荷加大磨损加剧载荷加大磨损加剧 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室9 二、磨损评定参数二、磨损评定参数 1 1、磨损量、磨损量 2 2、相对磨损量、相对磨损量 3 3、磨损系数、磨损系

6、数 4 4、耐磨性、耐磨性 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室10 二、磨损评定参数二、磨损评定参数 1 1、磨损量、磨损量 长度磨损量：长度磨损量：W WL L 体积磨损量：体积磨损量：WvWv 重量磨损量：重量磨损量：WgWg 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室11 二、磨损评定参数二、磨损评定参数 2 2、相对磨损量、相对磨损量 磨损速度：磨损速度

7、： 磨损率：磨损率： 磨损时间 磨损量 单位磨损距离 磨损量 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室12 二、磨损评定参数二、磨损评定参数 3 3、磨损系数、磨损系数 距离载荷 硬度磨损体积 K 距离载荷 磨损体积 / K 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室13 二、磨损评定参数二、磨损评定参数 4 4、耐磨性（相对耐磨性；绝对耐磨性）、耐磨性（相对耐磨性；

8、绝对耐磨性） 相对耐磨性相对耐磨性 ： 两种材料两种材料A A与与B B在相同外部条件下磨损量的比值，在相同外部条件下磨损量的比值， 其中其中A A为标准或参考试样。为标准或参考试样。 B A A W W 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室14 二、磨损评定参数二、磨损评定参数 4 4、耐磨性（相对耐磨性；绝对耐磨性）、耐磨性（相对耐磨性；绝对耐磨性） 绝对耐磨性：绝对耐磨性： -1 -1： ： 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 2.1 2.1 金属磨损基本

9、概念金属磨损基本概念 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 3.4 3.4 冲蚀磨损冲蚀磨损 2.5 2.5 微动磨损微动磨损 2.6 2.6 疲劳磨损疲劳磨损 2.7 2.7 腐蚀磨损腐蚀磨损 第第2 2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 定义定义 规律规律 分类分类 影响因素影响因素 第第2 2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室17 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 Adhesive Wear 当正应力加大，使金

10、属表面相距在当正应力加大，使金属表面相距在1nm1nm之内之内时，表面之间将时，表面之间将 出现强烈的短程交互作用力；出现强烈的短程交互作用力； 当没有表面膜存在且相互滑动时，粘合点将被剪掉，金属当没有表面膜存在且相互滑动时，粘合点将被剪掉，金属 会从一个表面转移到另一个表面，产生粘着磨损。会从一个表面转移到另一个表面，产生粘着磨损。 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室18 粘着磨损具有如下规律：粘着磨损具有如下规律： 任何金属表面均有可能出现粘着，力的大小与材料及外界有关；任何金属表面均

11、有可能出现粘着，力的大小与材料及外界有关； 六方金属（六方金属（hcphcp）比体心（）比体心（bccbcc）和面心（）和面心（bccbcc）有低的粘着特性；）有低的粘着特性； 高原子密度高原子密度( (低表面能低表面能) )晶面做表面时粘着力低，粘着磨损率低；晶面做表面时粘着力低，粘着磨损率低； 粘合点的断裂总是发生在内聚力较弱的材料内部；粘合点的断裂总是发生在内聚力较弱的材料内部； 互熔度很高的纯金属（互熔度很高的纯金属（Cu-NiCu-Ni）间有高的粘着与焊合能力；）间有高的粘着与焊合能力； 表面偏聚可大大降低粘着磨损；表面偏聚可大大降低粘着磨损； 表面氧化物的存在可以阻碍表面间的粘着；

12、表面氧化物的存在可以阻碍表面间的粘着； 一般多项金属比单项金属的粘着倾向小。一般多项金属比单项金属的粘着倾向小。 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室19 粘着磨损的分类：粘着磨损的分类： 涂抹涂抹 擦伤擦伤 粘焊粘焊 咬卡咬卡 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室20 涂抹涂抹擦伤擦伤胶合（粘焊）胶合（粘焊）咬卡（咬死）咬卡（咬死） 粘着磨损的四种形式粘着磨损的四种形式 2.2 2.2

13、粘着磨损粘着磨损 粘着磨损的分类：粘着磨损的分类： 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室21 摩擦副对粘着磨损失重的影响：摩擦副对粘着磨损失重的影响： 销销/ /套套 失重失重（ 10-6） V1=48mm/sV2=879mm/s Cu/Fe9.80.029 Fe/Cu1.50.94 Cu/Cu442.4 Fe/Fe5144 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室22 材料特性对粘着磨损的影响材料特性对粘着磨损的影响 2.2

14、 2.2 粘着磨损粘着磨损 表表2-5 2-5 材料特性对粘着磨损的影响材料特性对粘着磨损的影响 摩擦副摩擦副 销的磨损率销的磨损率套的磨损率套的磨损率 摩擦因素摩擦因素 mm3/(kg.mm) Cu/Ni1.3210-52.3610-61.7 Al/Cu8.5910-64.8910-71.2 Ag/Fe5.2010-85.7910-80.9 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室23 晶粒尺寸对磨损的影响晶粒尺寸对磨损的影响 随着晶粒尺寸的增大随着晶粒尺寸的增大 磨损失重增加磨损失重增加 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 随

15、着晶粒尺寸的减小随着晶粒尺寸的减小 磨损失重降低磨损失重降低 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室24 碳化物数量与种类对磨损性的影响：碳化物数量与种类对磨损性的影响： 随着碳化物含量的增加随着碳化物含量的增加 耐磨性提高耐磨性提高 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 2.1 2.1 金属磨损基本概念金属磨损基本概念 2.2 2.2 粘着磨损粘着磨损 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 3.4 3.4 冲蚀磨损冲蚀磨损 2.5 2.5 微动磨损微动磨损 2.6 2.6 疲劳磨损疲劳磨损 2.7 2.7 腐蚀磨损腐蚀磨损 第第2

16、2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室26 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 Abrasion Wear 一、定义一、定义 由于硬颗粒或硬突起物使材料产生迁移而造成由于硬颗粒或硬突起物使材料产生迁移而造成 的一种磨损。的一种磨损。 约占磨损总量的约占磨损总量的50%50%以上。以上。 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室27 二、磨料磨损的分类二、磨料磨损的分类 低应力磨料磨损低应力

17、磨料磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损 高应力磨料磨损高应力磨料磨损 气蚀冲蚀磨损气蚀冲蚀磨损 凿削型磨料磨损凿削型磨料磨损 腐蚀磨料磨损腐蚀磨料磨损 冲击磨料磨损冲击磨料磨损 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室28 低应力磨料磨损：低应力磨料磨损： 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 松散物料在表面自由滑动，磨料不破碎松散物料在表面自由滑动，磨料不破碎 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室29 低应力磨料磨损：低应力磨料磨损： 2.

18、3 2.3 磨料磨损磨料磨损 松散物料自由在表面滑动，磨料不破碎松散物料自由在表面滑动，磨料不破碎 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室30 高应力磨料磨损：高应力磨料磨损： 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 磨料在工件表面之间相互摩擦和挤压，磨料不断破碎，磨料在工件表面之间相互摩擦和挤压，磨料不断破碎， 局部应力很高。局部应力很高。 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室31 凿削型磨料磨损：凿削型磨料磨损： 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 表面被撕裂，

19、应力很大，在输送或破碎大块材料时发生。表面被撕裂，应力很大，在输送或破碎大块材料时发生。 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室32 冲击磨料磨损：冲击磨料磨损： 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 磨料垂直或以一定的角度下磨料垂直或以一定的角度下 落，局部应力极高。落，局部应力极高。 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室33 冲蚀磨损冲蚀磨损【固液共存固液共存】： 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 表面在含有固体颗粒的液表面在含有固体颗粒的液 体中作相对运动

20、造成的损耗。体中作相对运动造成的损耗。 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室34 气蚀冲蚀磨损气蚀冲蚀磨损【固液共存固液共存】： 气泡破裂时产生的磨损气泡破裂时产生的磨损 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 固体与液体作相对运动，固体与液体作相对运动， 在气泡破裂区产生高压或高温在气泡破裂区产生高压或高温 而引起的磨损，伴有液体与磨而引起的磨损，伴有液体与磨 料的冲蚀作用。料的冲蚀作用。 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室35 根据不同系统特性磨料磨损的分

21、类根据不同系统特性磨料磨损的分类 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室36 磨损类型及提高耐磨性磨损类型及提高耐磨性 对材料表面的性能要求 对材料表面的性能要求 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室37 磨料磨损过程的影响因素：磨料磨损过程的影响因素： 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验

22、室38 材料磨粒磨损过程示意图：材料磨粒磨损过程示意图： 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室39 磨料硬度的影响磨料硬度的影响: 教材教材 表面表面 工程学工程学 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室40 磨料尺寸对磨损率的影响磨料尺寸对磨损率的影响 不同材料的磨损率不同不同材料的磨损率不同 青铜、铁、钢的耐磨性好青铜、铁、钢的耐磨性好 磨粒直径增大磨损率增大磨粒直径增大磨损率增大 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室41 不同磨料尺寸不同磨料尺寸 对磨损机制转换的影响对磨损机制转换的影响 2.3 2.3 磨料磨损磨料磨损 第第2章章 金属磨损基本理论金属磨损基本理论 2021-7-1表面技术与摩擦学实验室表面技术与摩擦学实验室42 磨料颗粒形状对磨损率的影响：磨料颗粒形状对磨损率的影响： 2.3