2025年磨损技术测试题及答案

2025年磨损技术测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种磨损类型的典型特征是接触表面出现微观裂纹并扩展导致材料脱落？A.粘着磨损B.磨粒磨损C.疲劳磨损D.腐蚀磨损答案：C2.磨粒磨损的主要影响因素不包括以下哪项？A.磨粒硬度与尺寸B.材料表面粗糙度C.润滑介质的pH值D.接触载荷与滑动速度答案：C3.根据Archard磨损方程，磨损体积V与以下哪组参数成正相关？A.载荷L、滑动距离S、材料硬度HB.载荷L、滑动距离S、磨损系数kC.磨损系数k、材料硬度H、滑动距离SD.载荷L、材料硬度H、磨损系数k答案：B4.滚动轴承内圈与滚动体之间最易发生的磨损类型是？A.粘着磨损B.冲蚀磨损C.疲劳磨损D.微动磨损答案：C5.以下哪种表面处理技术主要通过形成致密氧化膜降低腐蚀磨损？A.渗碳B.热喷涂C.阳极氧化D.气相沉积答案：C6.表征材料抗磨损性能的关键指标“磨损率”的定义是？A.单位时间内的磨损体积B.单位载荷下的磨损体积C.单位滑动距离下的磨损体积D.单位载荷与滑动距离乘积下的磨损体积答案：D7.微动磨损通常发生在以下哪种工况下？A.高速重载滑动B.低频小振幅振动接触C.高温氧化环境D.高硬度磨粒冲击答案：B8.为减少齿轮传动中的粘着磨损，最有效的措施是？A.提高齿面硬度B.增加润滑油粘度C.降低齿轮模数D.减小齿面粗糙度答案：B9.以下哪项不是磨损三阶段（跑合期、稳定期、剧烈期）中稳定期的特征？A.磨损速率低且恒定B.表面形貌趋于稳定C.材料表面加工硬化完成D.微观裂纹快速扩展答案：D10.采用销盘式磨损试验机测试时，若销试样材料为45钢（硬度200HV），盘材料为GCr15（硬度700HV），则主要磨损发生在？A.销试样B.盘试样C.两者均等D.无法判断答案：A二、填空题（每空1分，共20分）1.磨损按机理可分为粘着磨损、磨粒磨损、__________、__________和冲蚀磨损五大类。答案：疲劳磨损；腐蚀磨损2.Archard磨损方程的表达式为__________，其中k为__________，H为材料的__________。答案：V=kLS/H；磨损系数；显微硬度3.磨粒磨损根据磨粒来源可分为__________（如外来磨料）和__________（如摩擦副自身脱落颗粒）。答案：外源性磨粒磨损；内源性磨粒磨损4.疲劳磨损的发展过程包括__________、__________和__________三个阶段。答案：裂纹萌生；裂纹扩展；材料脱落5.腐蚀磨损的本质是__________与__________的联合作用，常见类型有__________和__________。答案：化学/电化学反应；机械磨损；氧化磨损；特殊介质腐蚀磨损6.表征磨损程度的常用参数有__________、__________和__________（至少写三种）。答案：磨损体积；磨损质量；磨损深度；表面粗糙度变化7.滚动轴承的典型磨损失效形式包括__________、__________和__________。答案：点蚀（疲劳磨损）；磨粒磨损；微动磨损三、简答题（每题8分，共40分）1.简述粘着磨损的发生机理及影响因素。答案：粘着磨损的发生机理：当两个粗糙表面接触时，实际接触点因载荷作用发生塑性变形，局部压力超过材料屈服强度，导致接触点粘着（冷焊）；随后在相对滑动中，粘着点被剪切破坏，材料从一个表面转移到另一个表面或脱落，形成磨屑。影响因素包括：材料配对（互溶性高的材料易粘着）、表面粗糙度（过粗或过细均可能增加粘着倾向）、载荷与滑动速度（高载荷、中等速度易加剧粘着）、润滑条件（良好润滑可隔离表面，减少直接接触）、温度（高温可能降低材料强度，促进粘着）。2.比较磨粒磨损与冲蚀磨损的异同点。答案：相同点：均由硬质颗粒与表面的机械作用引起材料损失；磨损量与颗粒硬度、尺寸、冲击/滑动能量相关；常伴随表面塑性变形或切削。不同点：①作用方式：磨粒磨损是颗粒在接触表面间滑动或滚动产生的切削/犁削；冲蚀磨损是颗粒以一定速度冲击表面（如气固、液固两相流）。②主导机制：磨粒磨损以微切削、犁沟为主；冲蚀磨损以冲击变形、疲劳断裂为主。③工况环境：磨粒磨损多见于接触式摩擦副（如齿轮、轴承）；冲蚀磨损多见于流体机械（如泵叶轮、管道弯头）。3.分析载荷对磨损速率的影响规律，并解释其原因。答案：载荷对磨损速率的影响通常呈非线性关系，可分为三个阶段：①低载荷区：磨损速率随载荷增加缓慢上升，此时表面接触点少，塑性变形局限于表层，磨屑提供量小；②中等载荷区：磨损速率与载荷近似线性相关，接触点数量增加，塑性变形深度加大，粘着或磨粒的切削作用增强；③高载荷区：磨损速率急剧上升，因接触点压力超过材料强度极限，表面发生严重塑性变形甚至熔融，粘着加剧，可能出现咬死（胶合）现象。根本原因是载荷通过改变实际接触面积、接触应力及表面温度，影响粘着点的形成与破坏、磨粒的嵌入深度及材料的抗变形能力。4.说明纳米涂层降低磨损的主要机制。答案：纳米涂层降低磨损的机制包括：①高硬度与高强度：纳米结构晶粒细化，晶界密度高，阻碍位错运动，提高涂层硬度（如纳米晶WC-Co涂层硬度可达2000HV以上）；②自润滑效应：部分纳米涂层（如MoS₂、WS₂纳米多层膜）具有层状结构，滑动时沿层间剪切，降低摩擦系数；③应变容限增强：纳米涂层的细晶结构可通过晶界滑移和晶粒旋转协调变形，减少裂纹萌生；④阻隔作用：致密的纳米涂层可隔离基体与腐蚀介质，抑制腐蚀磨损；⑤表面能调控：纳米涂层的高表面能促进润滑油膜吸附，改善润滑状态。5.简述磨损试验中“跑合期”的意义及控制方法。答案：跑合期（磨合阶段）的意义：通过轻微磨损使接触表面形貌趋于一致，实际接触面积增大，接触应力分布均匀，为稳定磨损阶段创造条件；跑合期的合理控制可延长零件总寿命。控制方法：①载荷控制：初始加载应低于额定载荷（通常为50%-70%），逐步增加至设计值；②速度控制：采用较低滑动速度（减少摩擦热），避免剧烈磨损；③润滑优化：使用含极压添加剂的润滑油，促进表面形成保护膜；④材料选择：配对材料应具有适当的硬度差（如软材料优先磨损，保护硬材料）；⑤表面预处理：通过抛光或化学处理降低初始粗糙度，减少尖峰接触。四、计算题（每题10分，共20分）1.某滑动轴承副使用销盘试验机测试，销材料为QT500-7（硬度200HV），盘材料为ZCuSn10P1（硬度80HV），试验条件：载荷L=500N，滑动速度v=0.5m/s，试验时间t=3600s，磨损系数k=2×10⁻⁶mm³/(N·mm)。假设磨损主要发生在盘试样，计算盘试样的磨损体积及磨损深度（盘试样接触面积A=20mm²）。答案：滑动距离S=v×t=0.5m/s×3600s=1800m=1.8×10⁶mm根据Archard方程，磨损体积V=kLS/H注意：H为被磨损材料的硬度（盘材料硬度80HV），单位需统一（HV与N/mm²的关系：1HV≈9.8N/mm²，但Archard方程中H通常直接取HV值，单位为N/mm²时需转换）。此处假设H=80HV=80×9.8N/mm²=784N/mm²（若题目未明确，可简化为H=80N/mm²，需根据题意判断）。按简化计算（H=80N/mm²）：V=2×10⁻⁶mm³/(N·mm)×500N×1.8×10⁶mm/80=(2×10⁻⁶×500×1.8×10⁶)/80mm³=(1800)/80=22.5mm³磨损深度h=V/A=22.5mm³/20mm²=1.125mm2.某齿轮副设计寿命为10⁵小时，额定载荷下的磨损率ω=5×10⁻¹⁴m³/(N·m)，齿轮接触线载荷q=1000N/mm，节圆线速度v=10m/s，有效接触长度L=50mm。若允许的最大磨损深度为0.1mm，判断该齿轮是否满足寿命要求（齿轮材料密度ρ=7.8×10³kg/m³，可忽略密度影响）。答案：磨损率定义ω=V/(L×S)（V为磨损体积，L为载荷，S为滑动距离），或ω=h/(q×S)（h为磨损深度，q为线载荷，S为滑动距离）。线载荷q=1000N/mm=10⁶N/m，接触长度L=50mm=0.05m，总载荷F=q×L=10⁶N/m×0.05m=5×10⁴N。滑动距离S=v×t=10m/s×10⁵×3600s=3.6×10¹⁰m（寿命t=10⁵小时=3.6×10⁸s，此处可能用户笔误，应为10⁴小时更合理，但按题目数据计算）。磨损体积V=ω×F×S=5×10⁻¹⁴m³/(N·m)×5×10⁴N×3.6×10¹⁰m=5×5×3.6×10⁰=90m³（显然不合理，说明单位或公式应用错误）。正确公式应为磨损深度h=ω×q×S（q为线载荷，单位N/m；S为滑动距离，单位m；h单位m）。q=1000N/mm=10⁶N/m，S=10m/s×10⁵×3600s=3.6×10⁹m（若寿命为10⁴小时，则S=3.6×10⁸m）。h=5×10⁻¹⁴m³/(N·m)×10⁶N/m×3.6×10⁹m=5×10⁻¹⁴×10⁶×3.6×10⁹=5×3.6×10¹=180m（明显错误，说明磨损率单位应为m³/(N·m)时，正确计算需重新核对）。正确方法：磨损率ω=V/(F×S)，V=h×A（A为接触面积），假设接触面积A=宽度×接触长度=B×L（B为齿宽，题目未给，可能需用线载荷q=F/B，即F=q×B）。设B=1m（单位统一），则F=q×B=1000N/mm×1000mm=10⁶N（q=1000N/mm=10⁶N/m）。V=ω×F×S=5×10⁻¹⁴×10⁶×3.6×10⁸（寿命t=10⁴小时=3.6×10⁷s，S=v×t=10×3.6×10⁷=3.6×10⁸m）=5×10⁻¹⁴×10⁶×3.6×10⁸=5×3.6×10⁰=18m³（仍不合理，可能题目中磨损率单位应为mm³/(N·m)，即5×10⁻¹¹m³/(N·m)）。假设题目单位为mm³/(N·m)=10⁻⁹m³/(N·m)，则ω=5×10⁻¹⁴m³/(N·m)应修正为5×10⁻¹¹m³/(N·m)。重新计算：h=V/A=(ω×F×S)/A，A=B×L（B=齿宽，假设B=0.05m，L=接触长度=0.05m，A=0.0025m²）。F=q×B=1000N/mm×50mm=5×10⁴N（q=1000N/mm，B=50mm）。S=10m/s×10⁴×3600s=3.6×10⁸m（寿命10⁴小时）。V=5×10⁻¹¹m³/(N·m)×5×10⁴N×3.6×10⁸m=5×5×3.6×10¹=900m³（仍错误，说明需简化）。正确简化：允许最大磨损深度h_max=0.1mm=0.0001m，磨损率ω=5×10⁻¹⁴m³/(N·m)，线载荷q=1000N/mm=10⁶N/m，速度v=10m/s，寿命t（小时）。单位时间滑动距离S'=v×3600m/h=3.6×10⁴m/h。单位时间磨损体积V'=ω×q×S'（q为线载荷，单位N/m，S'为单位时间滑动距离，单位m）。单位时间磨损深度h'=V'/(1m²)=ω×q×S'（假设接触宽度为1m）。h'=5×10⁻¹⁴×10⁶×3.6×10⁴=5×3.6×10⁻⁴=1.8×10⁻³m/h=1.8mm/h（显然过大，说明题目数据可能为ω=5×10⁻¹⁴mm³/(N·mm)）。转换为国际单位：ω=5×10⁻²³m³/(N·m)，则h'=5×10⁻²³×10⁶×3.6×10⁴=1.8×10⁻¹²m/h，远小于0.1mm，满足寿命。综上，题目数据可能存在单位设定问题，合理假设下该齿轮满足寿命要求。五、案例分析题（20分）某煤矿带式输送机驱动滚筒轴承（型号6312）运行6个月后出现异常噪声，拆解发现内圈滚道表面存在大量直径0.1-0.5mm的凹坑，部分凹坑边缘有金属剥落物，润滑脂中检测到铁基磨屑（尺寸5-20μm）。结合磨损理论分析：（1）可能的磨损类型及判定依据；（2）可能的失效原因；（3）提出改进措施。答案：（1）可能的磨损类型：主要为疲劳磨损（点蚀），伴随磨粒磨损。判定依据：①滚道表面凹坑（点蚀坑）是疲劳磨损的典型特征，由接触应力循环作用下表层裂纹萌生、扩展至剥落形成；②润滑脂中铁基磨屑（5-20μm）可能来自疲劳剥落的碎片，也可能是外