摩擦材料的评定及其测试方法介绍

1、第二章第二章 摩擦材料的评定与测试摩擦材料的评定与测试方法方法 2.1 摩擦磨损试验方法分类摩擦磨损试验方法分类 n赫鲁晓夫：根据模拟条件接近使用条件赫鲁晓夫：根据模拟条件接近使用条件的程度将磨损试验方法分为五类：使用的程度将磨损试验方法分为五类：使用观察试验，模拟机器使用条件的专门试观察试验，模拟机器使用条件的专门试验，模拟给定载荷的专门试验，模拟使验，模拟给定载荷的专门试验，模拟使用条件的实验室试样试验，试验室给定用条件的实验室试样试验，试验室给定条件的试样试验。条件的试样试验。 不统一，不一致不统一，不一致n扎伊切夫：将磨损试验方法分为七类：扎伊切夫：将磨损试验方法分为七类：工厂车间检验

2、产品相对耐磨性的试验，工厂车间检验产品相对耐磨性的试验，减摩材料和轴的磨损试验，滚轮、凸轮、减摩材料和轴的磨损试验，滚轮、凸轮、偏心轮以及钢轨和轮箍磨损试验，滚动偏心轮以及钢轨和轮箍磨损试验，滚动轴承磨损试验，磨料磨损试验，腐蚀磨轴承磨损试验，磨料磨损试验，腐蚀磨损试验。损试验。 n洛列茨：根据研究磨损的目的将磨损试洛列茨：根据研究磨损的目的将磨损试验分三类：研究性的、使用性的和检查验分三类：研究性的、使用性的和检查性的磨损试验方法。性的磨损试验方法。n克拉格利斯基：将磨损试验方法分为三克拉格利斯基：将磨损试验方法分为三类：使用试验、零件试验和试样试验。类：使用试验、零件试验和试样试验。 根据

3、试验条件和目的将摩擦磨损试验作如下分根据试验条件和目的将摩擦磨损试验作如下分类类 ：使用运转磨损试验使用运转磨损试验实验室磨损试验实验室磨损试验磨损试验磨损试验试样磨损试验试样磨损试验台架磨损试验台架磨损试验应用性的应用性的研究性的研究性的应用性的应用性的检查性的检查性的使用运转条件下的磨损试验：使用运转条件下的磨损试验： n优点：真实性和可靠性最强优点：真实性和可靠性最强 n缺点：缺点：n试验周期长试验周期长 n检测困难，精确度低检测困难，精确度低n运转条件不固定，使得磨损数据的重现性和可比性运转条件不固定，使得磨损数据的重现性和可比性差，无法研究磨损规律。差，无法研究磨损规律。n无法研究某

4、一因素或几个因素的影响无法研究某一因素或几个因素的影响 n统计工作量大统计工作量大n试验所需人力、财力较大。试验所需人力、财力较大。 实验室磨损试验：实验室磨损试验：是在实验室试验条件下模拟使用运转条件下的磨损。是在实验室试验条件下模拟使用运转条件下的磨损。n优点优点：n试验周期短试验周期短 n不需要整机试验，可以试验部件或零件不需要整机试验，可以试验部件或零件 n影响试验的因素易控制和选择，试验数据的重现性、影响试验的因素易控制和选择，试验数据的重现性、可比性和规律性强，易于分析对比可比性和规律性强，易于分析对比 n试验费用低试验费用低 n由于试验时间短，费用低等原因，可以重复地对大量由于试

5、验时间短，费用低等原因，可以重复地对大量试样或零件进行磨损试验试样或零件进行磨损试验 n缺点缺点：需要精心地设计模拟，否则试验数据的应用性需要精心地设计模拟，否则试验数据的应用性差差 实验室磨损试验分类实验室磨损试验分类试样磨损试验试样磨损试验 研究性的磨损试验研究性的磨损试验 应用性的磨损试验应用性的磨损试验 台架试验台架试验 应用性的台架试验应用性的台架试验 检验性台架试验检验性台架试验 试验研究解决生产任务时，一试验研究解决生产任务时，一般必须经过三个阶段：般必须经过三个阶段：n1）在实验室进行试样磨损试验研究，初选研）在实验室进行试样磨损试验研究，初选研究参数；究参数；2）在试验台架上

6、进行零件磨损试验研究，精）在试验台架上进行零件磨损试验研究，精选或初校研究参数；选或初校研究参数；3）进行使用运转磨损试验，校验和选择最佳）进行使用运转磨损试验，校验和选择最佳的研究参数。的研究参数。根据问题的复杂程度和模拟试验的正确程度，在一般情根据问题的复杂程度和模拟试验的正确程度，在一般情况下可以或阶段结合使用，在个别情况下，如况下可以或阶段结合使用，在个别情况下，如模拟试验已经过使用试验的考验，可以或阶段单独模拟试验已经过使用试验的考验，可以或阶段单独使用；如使用条件简单，可以阶段单独使用。使用；如使用条件简单，可以阶段单独使用。2.2 实验室摩擦试验的模拟实验室摩擦试验的模拟如何模拟

7、磨损试验如何模拟磨损试验 ?两种意见：两种意见：n实验室模拟磨损试验必须使试验的所有条件接近于机器零件实验室模拟磨损试验必须使试验的所有条件接近于机器零件实际使用运转条件，但是这样的模拟要求是不合理的，必然实际使用运转条件，但是这样的模拟要求是不合理的，必然导致取消在实验室进行磨损试验的可能性。导致取消在实验室进行磨损试验的可能性。n实验室模拟磨损试验必须使磨损试验获得的磨损形式与使用实验室模拟磨损试验必须使磨损试验获得的磨损形式与使用运转条件下的磨损形式一致，而实验室试样运转试验条件与运转条件下的磨损形式一致，而实验室试样运转试验条件与使用零件运转条件接近毫无必要。使用零件运转条件接近毫无必

8、要。 实验室条件下如何模拟机器零件使用运转条件下的摩擦是实验室条件下如何模拟机器零件使用运转条件下的摩擦是十分复杂的问题，因为摩擦、磨损现象很复杂，影响的因素也十分复杂的问题，因为摩擦、磨损现象很复杂，影响的因素也很多，稍许改变其中某一影响因素，可能导致磨损量成倍地、很多，稍许改变其中某一影响因素，可能导致磨损量成倍地、几十倍地甚至上千倍地变化。几十倍地甚至上千倍地变化。 3.3 摩擦形式与条件摩擦形式与条件材料的磨损特征与材料的强度和硬度不同，材料的磨损特征与材料的强度和硬度不同，它不是材料所固有的特性，而是系统的它不是材料所固有的特性，而是系统的特性。特性。磨损的实验影响因素磨损的实验影响

9、因素滑动速度滑动速度61001000434100472515610.060.120.18 0.36 0.600.902.405.00磨 损率 ，毫克/（ 公里厘米2） 滑移速度，米/秒图6-1滑移速度对磨损影响1正火8钢（吹干燥空气）；2正火碳钢（0.64%C）；38钢（不吹空气）；克克力力 齐齐伯伯力力效效应应 n（1）滑移速度对磨损量和磨损形式有很）滑移速度对磨损量和磨损形式有很大的影响，可以使磨损从一种形式变为大的影响，可以使磨损从一种形式变为另一种形式。另一种形式。n（2）滑移速度对磨损的影响与其它参数）滑移速度对磨损的影响与其它参数如摩擦副材料，压力等等有关，其它参如摩擦副材料，压力

10、等等有关，其它参数不同，滑移速度对磨损的影响也就不数不同，滑移速度对磨损的影响也就不同。同。载荷载荷n1）载荷对磨损量和磨损形式有很大影响，）载荷对磨损量和磨损形式有很大影响，可以使磨损从一种形式转变为另一种形可以使磨损从一种形式转变为另一种形式；式；n2）载荷对磨损的影响与其它参数如摩擦）载荷对磨损的影响与其它参数如摩擦副材料，速度等等有关，其它参数不同，副材料，速度等等有关，其它参数不同，载荷对磨损的影响也就不同。载荷对磨损的影响也就不同。煤油润滑P10公斤汽车润滑油润滑P10公斤磨损，108毫米 /米压力，公斤/厘米2图6-5a磨损（铸铁）与压力的关系临界压力点临界压力点环境气氛环境气氛

11、n同一材料在不同环境气氛中摩擦，其磨损率及同一材料在不同环境气氛中摩擦，其磨损率及其随速度和压力变化而变化的规律不同，且相其随速度和压力变化而变化的规律不同，且相差很大，同时其磨损形式可能不同，磨损形式差很大，同时其磨损形式可能不同，磨损形式转变的参数也不同。转变的参数也不同。 磨磨损损率，率，（克克 /厘厘米米2）/106厘厘米米压力，公斤/厘米2图图6-11软钢对硬铬钢在各种介质中的磨损软钢对硬铬钢在各种介质中的磨损一般大气中，湿度一般大气中，湿度4克克/米米3；氮气中；氮气中；氧气中；氧气中；空气中，压力：空气中，压力：3毫米汞柱。毫米汞柱。时间时间磨损时间（或摩擦行程）图6-12磨损与

12、时间的关系曲线跑合期正常工作期试样尺寸试样尺寸 n摩擦副的动件和静件的相对运动的面积之比称摩擦副的动件和静件的相对运动的面积之比称之为重叠系数，试样尺寸的变化会影响到重叠之为重叠系数，试样尺寸的变化会影响到重叠系数的变化，影响其磨损特性的变化。系数的变化，影响其磨损特性的变化。 n（1）摩擦副的尺寸对磨损有很大影响，随着）摩擦副的尺寸对磨损有很大影响，随着摩擦条件和摩擦副尺寸的变化，磨损值在很大摩擦条件和摩擦副尺寸的变化，磨损值在很大范围内变化。范围内变化。n（2）摩擦副尺寸不仅影响磨损值，而且还影）摩擦副尺寸不仅影响磨损值，而且还影响磨损形式，使磨损从一种形式转变为另一种响磨损形式，使磨损从

13、一种形式转变为另一种形式。形式。n（3）磨损形式转变临界点随摩擦副尺寸变化）磨损形式转变临界点随摩擦副尺寸变化而变化，摩擦副尺寸增大，临界点相应的滑动而变化，摩擦副尺寸增大，临界点相应的滑动速度降低。速度降低。n（4）磨损量和磨损形式与摩擦副尺寸的关系）磨损量和磨损形式与摩擦副尺寸的关系还与摩擦副材料有关。还与摩擦副材料有关。温度温度n（1）温度对磨损值和磨损形式有很大影）温度对磨损值和磨损形式有很大影响。可使磨损从一种形式转变为另一种响。可使磨损从一种形式转变为另一种形式。形式。n（2）滑动速度对磨损的影响实际上是温）滑动速度对磨损的影响实际上是温度对磨损的影响。度对磨损的影响。n（3）温度

14、对磨损的影响与其它参数如介）温度对磨损的影响与其它参数如介质、摩擦副材料等有关。质、摩擦副材料等有关。摩擦摩擦n摩擦时产生磨损，磨损与摩擦过程的摩摩擦时产生磨损，磨损与摩擦过程的摩擦力似乎有相应关系，但有时有定性关擦力似乎有相应关系，但有时有定性关系，有时却没有定性关系。系，有时却没有定性关系。n研究表明：磨损随滑移速度的增大而减研究表明：磨损随滑移速度的增大而减少的速度比摩擦系数随滑移速度的增大少的速度比摩擦系数随滑移速度的增大而减少的速度快得多。而减少的速度快得多。总结：总结：n从上述讨论可以看出，影响磨损形式的因素很多，而且这些从上述讨论可以看出，影响磨损形式的因素很多，而且这些因素之间

15、又是互相影响的，但是，其中最主要的因素可能有因素之间又是互相影响的，但是，其中最主要的因素可能有两个：两个：n（1）温度规范（表面温度和温度梯度）。它影响分子相互）温度规范（表面温度和温度梯度）。它影响分子相互作用的特性；作用的特性；n（2）粗糙相互作用深度，它影响机械相互作用特性。因为）粗糙相互作用深度，它影响机械相互作用特性。因为摩擦副尺寸、速度、压力等的影响也可归纳为温度和粗糙相摩擦副尺寸、速度、压力等的影响也可归纳为温度和粗糙相互作用深度的影响。显然，这两主要影响因素在不同摩擦条互作用深度的影响。显然，这两主要影响因素在不同摩擦条件下可能起的作用也不同。例如，严重摩擦条件下可能前者件下

16、可能起的作用也不同。例如，严重摩擦条件下可能前者起主导作用。而在轻微摩擦条件下可能后者起主导作用。起主导作用。而在轻微摩擦条件下可能后者起主导作用。2.4滚柱剥蚀试验方法（略）滚柱剥蚀试验方法（略）2.5 摩擦磨损试验机摩擦磨损试验机根据摩擦副的接触形式和运动方式分为六类示意根据摩擦副的接触形式和运动方式分为六类示意如下：如下：n、端面滑动摩擦；、端面滑动摩擦；n、球面滑动摩擦；、球面滑动摩擦；n、母线滑动摩擦；、母线滑动摩擦；n、往复滑动摩擦；、往复滑动摩擦；n、滚动摩擦；、滚动摩擦；n、与磨料摩擦。、与磨料摩擦。 2.6研究真实接触表面的方法研究真实接触表面的方法2.6.1接触电阻法接触电

17、阻法n测量接触电阻已用于两方面的研究：其测量接触电阻已用于两方面的研究：其一是通过测量于接触金属副之间的电阻，一是通过测量于接触金属副之间的电阻，来测量其真实接触面积。电阻法的另一来测量其真实接触面积。电阻法的另一用途是研究流体润滑，例如，把电阻作用途是研究流体润滑，例如，把电阻作为流体动力润滑程度的定性指标，完全为流体动力润滑程度的定性指标，完全流体润滑时电阻应该是无穷大，而发生流体润滑时电阻应该是无穷大，而发生大面积金属接触时电阻应该是零。大面积金属接触时电阻应该是零。 2.6.2光学法光学法光学法的原理是光通过玻璃与粗糙表面之光学法的原理是光通过玻璃与粗糙表面之间的接触区时无反射，而通过

18、其间的空间的接触区时无反射，而通过其间的空气隙时却产生反射。该方法的优点是可气隙时却产生反射。该方法的优点是可以直接观察真实接触面积的形成过程，以直接观察真实接触面积的形成过程，且数据很可靠，误差小于且数据很可靠，误差小于1%，其缺，其缺点是测量结果偏高。点是测量结果偏高。 2.6.3放射性同位素法放射性同位素法赵原用放射线照相术研究真实接触表面积，曾研究支赵原用放射线照相术研究真实接触表面积，曾研究支承面曲线，粗糙度对支承表面积曲线的影响，载荷承面曲线，粗糙度对支承表面积曲线的影响，载荷对变形的影响，粗糙度、硬度对变形的影响等。认对变形的影响，粗糙度、硬度对变形的影响等。认为，放射线照相术对

19、于研究实际零件的真实接触面为，放射线照相术对于研究实际零件的真实接触面积是最可靠和最方便的方法，增加表面光洁度使塑积是最可靠和最方便的方法，增加表面光洁度使塑性变形大量减低，但总变形变化不大，增加硬度既性变形大量减低，但总变形变化不大，增加硬度既降低一些总变形，亦降低一些塑性变形，材料副受降低一些总变形，亦降低一些塑性变形，材料副受载荷后，不仅其较软材料之表面粗糙顶部产生变形，载荷后，不仅其较软材料之表面粗糙顶部产生变形，且其很硬的材料之表面粗糙顶部亦产生变形。且其很硬的材料之表面粗糙顶部亦产生变形。 2.7研究磨损量的方法研究磨损量的方法2.7.1微观方法微观方法n研究磨损量的微观方法是指测

20、量磨痕尺寸或面研究磨损量的微观方法是指测量磨痕尺寸或面积和测量精密刻痕尺寸变化的技术。积和测量精密刻痕尺寸变化的技术。n常用的一种微观方法称为刻痕法。即用专门的常用的一种微观方法称为刻痕法。即用专门的金刚石在待磨损表面上刻（打）上微刻（印）金刚石在待磨损表面上刻（打）上微刻（印）痕，测量磨损前后刻痕尺寸的变化以确定磨损痕，测量磨损前后刻痕尺寸的变化以确定磨损量。此方法的优点是：零件经短期使用就能确量。此方法的优点是：零件经短期使用就能确定磨损量；精确度高；能测定不同部位磨损的定磨损量；精确度高；能测定不同部位磨损的分布；测量不受试验过程零件膨胀、收缩或变分布；测量不受试验过程零件膨胀、收缩或变

21、形的影响。形的影响。 2.7.2放射性同位素方法放射性同位素方法n放射性同位素测量磨损的最大优点是灵敏度特高放射性同位素测量磨损的最大优点是灵敏度特高(10-510-6克克)，因此适合于测量极微量的磨损，其缺点是要采取安全，因此适合于测量极微量的磨损，其缺点是要采取安全措施，因此多限于实验室应用但近年来正在研究采用低能量措施，因此多限于实验室应用但近年来正在研究采用低能量放射性同位素，可在不须保护的条件下测量磨损，这样便可放射性同位素，可在不须保护的条件下测量磨损，这样便可走出实验室进入现场应用。走出实验室进入现场应用。n目前放射性同位素测量磨损基本上是三种方法，第一种方法目前放射性同位素测量磨损基本上是三种方法，第一种方法是用放射性计数器或自照相技术测量转移的金属量；第二种是用放射性计数器或自照相技术测量转移的金属量；第二种方法是测量从零件或试样上磨下来的磨屑的放射性，例如测方法是测量从零件或试样上磨下来的磨屑的放射性，例如测量润滑油中磨屑的放射性；第三种方法是测量零件或试样因量润滑油中磨屑的放射性；第三种方法是测量零件或试样因磨损而产生的放射性下降。磨损而产生的放射性下降。2.7.3电记录方法电记录方法n用电记录法研究金属转移的