第07章 金属的磨损和耐磨性

1、 第七章 1 第七章 金属的磨损和耐磨性 第七章 2 7.1 磨损概念 7.2 磨损模型 7.3 提高耐磨性方法 7.4 金属接触疲劳 第七章 3 火车钢轨表面磨损火车钢轨表面磨损 轴轴 承承 齿轮齿轮 第七章 4 7.1 磨损概念 1、定义 机件表面相互接触并作相对运动相互接触并作相对运动时，表面逐渐有 微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐损失表面材料逐渐损失、 尺寸变化尺寸变化，造成表面损伤的现象称为磨损。 2、磨损过程 磨损量与时间的关系曲线磨损量与时间的关系曲线 时间（或摩擦过程）时间（或摩擦过程） 磨 损 量 剧烈磨损剧烈磨损稳定磨损稳定磨损 跑跑 合合 O 不不 变变 递递 升

2、升 递递 减减 时间时间 磨磨 损损 速速 率率 磨损速率与时间的关系曲线磨损速率与时间的关系曲线 第七章 5 3、耐磨性 （1）线磨损量 即机件摩擦表面的法线方向的尺寸减少量。 （2）体积磨损或质量磨损 即机件体积或质量的损失量 （3）相对耐磨性 相对耐磨性的倒数称为磨损系数。 被测试样的磨损量 标准试样的磨损量 磨损量越小，耐磨性越高！磨损量越小，耐磨性越高！ 第七章 6 7.2 磨损模型 1、粘着磨损（咬合磨损） 在滑动摩擦滑动摩擦条件下，摩擦副相对滑 动速度较小时发生。它是由于摩擦副表 面突起点突起点，这些突起点在接触面积上产生很大的局部局部 应力应力，超过材料的屈服强度而产生塑性变形

3、塑性变形，使得这 部分表面的润滑油膜和氧化膜润滑油膜和氧化膜被挤破，造成裸露出来 的金属表面直接接触直接接触而产生粘着粘着的一种磨损 。 磨具、齿轮、凸轮、轴承、汽缸等磨具、齿轮、凸轮、轴承、汽缸等 第七章 7 2、磨粒磨损 磨粒磨损是当摩擦副一方表面存在坚硬细微突起坚硬细微突起， 或者接触面之间存在着硬质颗粒硬质颗粒时所产生的一种磨损。 磨损表面明显存在硬质颗粒或突起滑出的沟槽硬质颗粒或突起滑出的沟槽。 挖掘机斗齿、挖掘机斗齿、 铣床导轨、铣床导轨、 球磨罐等球磨罐等 第七章 8 3、腐蚀磨损 摩擦过程中，摩擦副之间或摩擦副表面与环境发生化 学反应或电化学反应形成腐蚀产物，腐蚀产物的形成和脱

4、腐蚀产物的形成和脱 落落引起腐蚀磨损。 化工机械化工机械 （1）氧化磨损 摩擦副作相对运动时，表面凹凸不平的部位产生很 大的应力，容易出现塑性变形。塑性变形加速氧向金属内塑性变形加速氧向金属内 部的扩散，形成氧化膜部的扩散，形成氧化膜。氧化膜的强度低，容易被摩擦副 一方的突起所剥落，裸露出新的表面，又发生氧化。这种 氧化膜形成-剥落，再形成-剥落的过程称为氧化磨损过程。 第七章 9 宏观特征：在摩擦副表面有均匀细小的磨痕均匀细小的磨痕。 （2）微动磨损 复合磨损复合磨损 摩擦副表面之间由于微小振动或往复运动微小振动或往复运动而产生 的磨损称为微动磨损。摩擦副表面不仅有磨屑，还有 蚀坑。 第七章

5、 10 7.3 提高耐磨性方法 一、提高粘着磨损机件的耐磨性 1、材料选择 选择表面互溶性小的材料。（如金属与非金属） 2、表面热处理 提高表面硬度，或者在摩擦表面形成一层非金属化 合物，可以降低表面原子的结合力，同时降低表面摩 擦系数。常见热处理工艺有渗硫、渗氮、磷化、氰化 等处理。 第七章 11 3、降低摩擦副内部的压应力 实验证明，粘着磨损量随摩擦面法线方向应 力增大而增加，应力超过材料硬度的1/3时，磨损 量急剧增加，所以机件的允许使用压应力应低于材 料硬度值的1/3。 4、适当降低表面粗糙度、温度，改善润滑条件 提高接触面加工精度，接触面冷却与润滑。 第七章 12 二、提高磨粒磨损机

6、件的耐磨性 1、表面热处理 通过热处理提高机件摩擦面的硬度提高机件摩擦面的硬度能够显著改善机 件的耐磨性。实际上，这种方法是通过提高表面抗磨粒 损伤的性能改善耐磨性。如钢淬火获得马氏体组织或下 贝氏体组织。 2、材料选择 （1）对于高应力冲击载荷下的机件，应选择高韧 性和 高加工硬化的材料，如高锰钢Mn13。 第七章 13 （2）对于低应力冲击载荷的机件，选择经过淬火回 火热处理的中碳合金钢。 3、采用渗碳、渗氮共渗等化学热处理提高表面 硬度 4、机件防尘与清洗 第七章 14 7.4 金属接触疲劳 1、基本概念、基本概念 机件两接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接交变接 触压应力触压应力长

7、期作用下，材料表面产生疲劳损伤疲劳损伤，导致局部 产生小片或小块金属剥落金属剥落而使材料流失的现象。 特征：接触面出现深浅不均匀的针状或点状凹坑或较大面深浅不均匀的针状或点状凹坑或较大面 积的表面压碎积的表面压碎。 接触疲劳曲线：接 接 N，接 接 1/N。 2、接触应力、接触应力（赫兹应力） 两物体接触表面上产生的局部压应力称为接触应力。 轴承、齿轮、钢轨、活塞等轴承、齿轮、钢轨、活塞等 第七章 15 接触处的接触应力为三向压应力。 接触处zyx，超过一定深度zxy 相应的最大切应力为： 在最大切应力处，材料易出现局部塑性变形在最大切应力处，材料易出现局部塑性变形 2 2 2 xy 45yz

8、 xz 45zx yz 45zy 第七章 16 3、接触疲劳分类与机理接触疲劳分类与机理 （1）麻点剥落 剥落深度在0.2 mm以下的小块剥落称为点蚀点蚀，点蚀外 观为针状或点状凹坑，截面呈不对称V形。 （2）浅层剥落 剥落深度为0.2-0.4 mm，剥块底部大致和表面平行， 而且侧面的一侧与表面成锐角，另一侧与表面垂直。 最大切应力处，最大切应力处，塑化变形最剧烈，非金属夹杂物非金属夹杂物附 近萌生裂纹。表层、次表层产生了加工硬化。 （3）深层剥落 深层剥落坑深度大于0.4 mm，剥块大。 过渡区是薄弱区过渡区是薄弱区，萌生裂纹，先平行于表面扩展， 后垂直于表面扩展，最后形成大的剥落坑。 第

9、七章 17 麻 点 剥 落 深 层 剥 落 浅 层 剥 落 齿齿 轮轮 钢轨浅层剥落钢轨浅层剥落 第七章 18 4、提高接触疲劳寿命的途径、提高接触疲劳寿命的途径 u 内部因素 （1）非金属夹杂物 氧化铝和铝酸盐降低接触疲劳寿命；适当的硫化物 （小于10%）提高接触疲劳寿命。采用电渣重溶、真空冶 炼等给以降低非金属夹杂物。 （2）热处理和组织结构 热处理可以提高强度、硬度，材料抗拉强度越高， 其 变形与断裂抗力越大，所以接触疲劳寿命大。 第七章 19 （3）表面硬度和心部硬度 在一定硬度范围内，接触疲劳强度随硬度升高而增 大，但是如果表面硬度太大，在表面层下的硬度梯度过 大，则容易在过渡区产生深层剥落。 （4）残余应力 在渗碳层中一定范围内存在