材料力学性能8课件

材料力学性能第八章

材料的摩擦与磨损性能X-38轴胎阀第八章

材料的摩擦与磨损性能

摩擦：接触状态下，相对运动的物体，因接触而阻碍相对运动，并使运动速度降低的现象。摩擦系数μ=F（摩擦力）/N（接触的正压力）磨损：物体相互摩擦时，材料自该表面逐渐损失的过程（接触面不断发生尺寸变化和质量损失）。——摩擦是磨损的原因，磨损是摩擦的结果；——材料的损坏80%是磨损引起的；

8.1材料的表面形状：凹凸、轮廓性能：吸附、氧化、反应、表面能结构：缺陷、损伤摩擦是表面行为表面实际接触是表观面积的极小部分表面缺陷VS材料晶格8.2材料的摩擦按摩擦副运动状态：静摩擦（相对运动趋势）、动摩擦（相对运动）按摩擦副运动形式：滑动摩擦（相对滑动）、滚动摩擦（沿接触表面滚动）按摩擦副表面的润滑状况：纯净摩擦（表面没有任何吸附膜、如真空条件下）干摩擦（大气条件下，没有润滑剂存在）流体摩擦（表面完全被流体隔开，分液体摩擦和气体摩擦）边界摩擦（极薄的润滑膜存在）混合摩擦（同时有上面2种以上情形）√8.3材料的磨损8.3.1基础知识8.3.1.1磨损三阶段

磨损量跑合阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段时间新摩擦面，有一粗糙度，真实接触面积小，表面逐渐磨平，接触面↑，磨损率↓随时间↑，摩擦偶件接触之间间隙增加，机件表面质量↓，磨损↑其横坐标=构件寿命，一般根据该段时间评定材料/工艺的磨损性能磨损并不是都有害，例如磨削、抛光、跑合√8.3.1.2磨损类型1、按表面接触性质：金属/磨料金属/金属金属/流体2、按环境和介质：干磨损、湿磨损3、按磨损机理：磨料磨损（50%）粘着磨损（15%）表面疲劳磨损冲蚀磨损磨蚀磨损微动磨损材料√8.3.1.4评价方法1、磨损量

表示：线磨损量——磨损表面法线方向的尺寸变化重量磨损——磨损试样的重量损失体积磨损——磨损试样的体积变化测定：

失重法：磨损前后称重尺寸变化法：磨损前后测量表面形貌法：磨损前后粗糙度变化刻痕法：金刚石压头预先刻痕，测磨后刻痕尺寸的变化

2、耐磨性ε=1/WW：磨损率——单位时间/或单位运动距离内产生的磨损量耐磨性=f（工作条件）材料的磨损性能不是材料的固有性能，与磨损过程的工作条件（载荷、速度、温度、润滑）有关。脱离实际工作条件评定材料的耐磨性无实际意义。实际中也不存在万能的耐磨材料，常用相对耐磨性评定：ε相=εb/εs=Ws/Wb

Ws、Wb分别为实际试样和标准试样的磨损率

8.3.2磨损机理

8.3.2.1磨料（磨粒磨损）1、定义：硬颗粒或硬突起物使材料产生迁移造成的磨损2、机制：微观切削——硬颗粒对表面切削形成切屑微观犁沟——磨粒与塑性材料表面接触，表面受磨粒挤压向两侧隆起，形成犁沟微观断裂——磨粒与脆性材料接触，材料受磨粒压入产生裂纹，裂纹交叉扩展剥落实际中，往往几种机制同时存在，以一种为主。随工作条件而变化。

工作面被切削掉的体积P磨粒√3、耐磨性与硬度（H）、断裂韧性（K1C）的关系Ⅰ区：磨损受断裂过程控制，耐磨性∝K1CⅡ区：硬度（H）、断裂韧性（K1C）最佳配合时，耐磨性最佳Ⅲ区：磨损受塑性变形控制，耐磨性∝硬度；∝1/K1C8.3.2.2粘着磨损

(咬合磨损)1、定义：摩擦偶件表面直接接触时，两接触面的原子因键合作用而产生粘着（冷焊），随摩擦进行，粘着点被剪断并转移到另一方表面或脱落形成磨屑，导致零件表面材料的损失。2、机制：抛光后表面，微观仍高低不平，接触时有局部接触，较小的载荷足以引起塑性变形，发生上述定义之现象。

3、影响因素材料特性：摩擦副互溶性大、粘着倾向大、和相同材料或相同晶格类型、晶格间距、电子密度和电化学性能相近者：互溶性↑，粘着↑工作条件：接触压力、摩擦速度、表面光洁度、润滑状态

粘着坑√

按照摩擦表面损伤程度可划分为五类粘着磨损，

类型损坏现象损坏原因轻微磨损剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻微粘着结合强度比摩擦副的两基本金属抗剪强度都弱涂抹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上粘着结合强度大于较软金属的抗剪强度，但小于较硬金属的抗剪强度擦伤剪切主要发生在较软金属的亚表层内有是也发生在硬金属的亚表层内;转移到硬金属上的粘着物又使软表面出现细而浅的划痕，有时硬金属表面也有划伤粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高划伤剪切破坏发生在摩擦服一方或双方金属较深处，表面呈现宽而深的划痕粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高，切应力高于粘着结合强度咬死摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高，而且粘着区域大，切应力低于粘着结合强度√

8.3.2.4其它磨损

（1）腐蚀磨损:两摩擦表面与周围介质发生化学或电化学反应，在表面上形成的腐蚀产物粘附不牢，在摩擦过程被剥落下来，而新的表面又继续和介质发生反应，这种腐蚀和磨损的重复过程称之。（2）氧化磨损:摩擦副一方的突起部分与另一方相对运动，塑性变形的同时，空气或润滑剂中的氧扩散到变形层，形成氧化膜，氧化膜在遇到第二个突起时剥落，使新露出的金属表面又被重新氧化，随后又被磨去，如此，机件表面逐渐被磨损。（3）电化学腐蚀磨损:摩擦副上金属表面与导电性电解质酸碱盐等介质作用而形成的摩擦磨损，机理与氧化磨损类似，但腐蚀速度较大。（4）微动磨损:键、固定销、螺栓连接等紧配合处，原设计是两元件接触处应静止，但由于受振动或交变载荷而产生微小振动，引起表面间微小的磨损，是粘着、氧化、磨料和表面疲劳的复合磨损过程。两接触表面之间发生小振幅相对切向运动引起的磨损称微动磨损。

√8.4摩擦磨损的控制

润滑剂使用摩擦副材料选择材料表面改性与强化润滑剂分类：液体、半固体、固体、气体润滑方式：流体静力、流体动力、边界、固体、气体减摩材料