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第三讲 磨损 谢小鹏 华南理工大学机械与汽车工程学院 一、磨损分类和机理 参考书 《摩擦学原理》温诗铸、黄平著，清华大学出版社，2002年11月第2版 《摩擦体系热力学引论》戴振东、王珉、薛群基，国防工业出版社，2002年1月第1版 磨损的概念 磨损是相互接触的物体在相对运动中表层材料不断损伤过程，它是伴随摩擦而产生的必然结果 磨损分类 早期分类 俄国N.B.克拉盖尔斯基的磨损分类方法 现在通常磨损分类 通常磨损分类 磨粒磨损 粘着磨损 表面疲劳磨损 腐蚀磨损 总结 磨损分类 磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损 磨损机理 磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损机理 磨粒磨损 1 定义: 外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突出物或粗糙峰在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象。典型磨粒磨损: 掘土机铲车、犁耙等 2 磨粒磨损形式 3 磨粒磨损机理 4 影响磨粒磨损因素 磨粒磨损形式 1 二体磨粒磨损：磨粒沿一个固体表面相对运动产生的磨损。 2 低应力磨粒磨损：在一对摩擦副中，硬表面的粗糙度对软表面起着磨粒作用 3 三体磨粒磨损：外界磨粒移动于两摩擦表面之间，类似于研磨作用。 磨粒磨损机理 1 微观切削 法向载荷将磨料压入摩擦表面，而滑动时的摩擦力通过磨料的犁沟作用使表面剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。 2 挤压剥落 磨粒在载荷作用下压入摩擦表面而产生压痕，将塑性材料的表面挤压出层状或鳞片状的剥落脆性碎屑 3 疲劳破坏 摩擦表面在磨料产生的循环接触应力作用下，使表面材料因疲劳而剥落 影响磨粒磨损的因素 实验室研究表明：磨料硬度H0与材料硬度H之间的相对值影响磨粒磨损的特性，通常采用相对耐磨性R来说明材料的抗磨粒磨损能力 影响磨粒磨损的因素 前苏联学者XpyIIIOB对磨粒磨损进行了系统的研究，指出硬度是表征材料抗磨粒磨损性能的主要参数 1）对于纯金属和各种成分未经热处理的钢 材，耐磨性与材料硬度成正比关系 2）用热处理方法提高钢的硬度也可使它的耐磨性沿直线缓慢增加，但变化的斜率降低 3）通过塑性变形使钢材冷作硬化能够提高钢的硬度，但不能改善其抗磨粒磨损的能力 粘着磨损 定义：当摩擦副表面相对滑动时，由于粘着效应所形成的粘着结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁徙到另一个表面，此类磨损统称为粘着磨损 粘着磨损种类 粘着磨损机理 影响粘着磨损的因素 粘着磨损的种类 1 轻微粘着磨损 当粘结点的强度低于摩擦副两金属的强度时，剪切发生在结合面上。通常在金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生此种粘着磨损 2 一般粘着磨损 粘结点的强度高于摩擦副中较软金属的剪切强度时，破坏发生在离结合面不远处软金属表层中，因而软金属粘附在硬金属表面上 粘着磨损的种类 3 擦伤磨损 当粘结强度高于两金属的剪切强度时剪切破坏主要发生在软金属表层内，有时也发生在硬金属表层内 4 胶合磨损 粘结点强度比两金属的剪切强度高得多，而且粘结点面积较大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层深的地方 粘着磨损机理 当摩擦接触峰点出现高温时（时间很短），润滑油膜、吸附膜或其他表面膜发生破裂，使接触峰点产生粘着，随后在滑动中粘着结点破坏。这种粘着、破坏、在粘着的交替过程就构成粘着磨损 有关粘着结点形成原因的不同观点 1 高温熔焊的观点。Bowdon 等人认为粘着是接触峰点的塑性变形和瞬现高温使材料溶化或软化而产生的焊合 2 冷焊作用。XpyIIIOB等人认为粘着是冷焊作用，不必达到溶化温度即可形成粘结点。 3 粘着是由于摩擦副表面分子作用 总的来说没有统一的粘着机理观点。但是粘着现象必须在一定的压力和温度条件下才发生这一认识是一致的。 Archard粘着磨损模型 影响粘着磨损的因素 1 表面载荷 苏联学者BHHOTPAIIOBA系统研究了载荷对胶合磨损的影响,她认为当表面压力达到一定的临界值,并经过一段时间才会发生胶合 影响粘着磨损的因素 2 表面温度 表面温度可使润滑膜失效，而温度梯度引起材料性质和破坏形式沿深度方向变化。右图为Rabinowicz的实验结果。 3 摩擦副材料 材料塑性越高，粘着磨损越严重 疲劳磨损 定义：两个互相滚动兼滑动的摩擦表面，再循环变化的接触应力作用下，由于材料疲劳剥落而形成凹坑，称为表面疲劳磨损。齿轮传动、滚动轴承等以这种磨损为主要失效形式。 疲劳磨损种类和机理 影响疲劳磨损的因素 疲劳磨损的种类和机理 1 表层萌生疲劳磨损和表层萌生疲劳磨损 表层萌生疲劳磨损 在循环接触应力作用下，这种磨损的