材料与材料性能(第七章).ppt

研究磨损规律，提高机件的耐磨性，对节约能源、减少材料消耗、延长机件寿命具有重要意义。 讨论机件中常见的磨损形式，介绍其机理和影响磨损速率的因素，并从材料学角度研究控制磨损的途径。 表面破坏方式与机理对应关系 磨损量与滑动速度和载荷的关系 粘着磨损 粘着磨损又称咬合磨损。是因 两种材料表面某些接触点局部压 应力超过该处材料屈服强度发生 粘合,并拽开而产生的一种表面 损伤磨损,多发生在摩擦付相对滑 动速度小,接触面氧化膜脆弱,润 滑条件差，及接触应力大的滑动 摩擦条件下。 磨损特征是表面有大小不等的结疤。 AFM图象 轮廓仪得到的表面形貌 固体表面形貌的表征 特点 在滑动摩擦条件上产生； 摩擦副的两种金属力学性能相差不大； 磨损速度大，10～15μm/h，破坏严重。 五类典型粘着磨损  (1)轻微磨损: 粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻微。 (2)涂抹: 粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较硬金属抗剪切强度。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。 五类典型粘着磨损  (3)擦伤： 粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。 (4)划伤： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，切应力高于粘着结合 强度。剪切破坏发生在摩擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。 (5) 咬死： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，粘着区域大，切应力低 于粘着结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动。 粘着磨损的影响因素 (1)摩擦副材料： a:材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘着能力高。 塑性材料粘着结点的破坏以塑性流动为主，发生 在表层深处，磨损颗粒大。 脆性材料粘着结点的破坏主要剥落，损伤深度较浅，磨损颗粒较小，容易脱落，不堆积于表面。 根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，塑性材料的破坏决定于切应力。表面接触中的最大正应力作用在表面，最大切应力离表面有一定深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。 b:材料的互溶性： 相同金属或互溶性大的材料摩擦副易发生粘着磨损。 异种金属或互溶性小的材料摩擦副抗粘着磨损能力较高。 金属与非金属摩擦副抗粘着磨损能力高于异体金属摩擦 副 。 c: 材料的表面处理： 通过表面处理技术在金属表面生成硫化物、磷化物或氯化物等薄膜可以减少粘着效应，同时表面膜限制了破坏深度，提高抗粘着磨损的能力。 d:材料的硬度： 硬度高的金属比硬度低的 金属抗粘着能力强，表面 接触应力大于较软金属硬 度的1/3时，很多金属将由 轻微磨损转变为严重的粘 着磨损。 e: 表面粗糙度：一般情况下， 降低摩擦副的表面粗糙度能 提高抗粘着能力。 粘着磨损的影响因素 (2) 外部环境条件： a:润滑条件：在润滑油或润滑脂中加入油性或极压添加剂；选用热导性高的摩擦副材料或加强冷却降低表面温度；改善表面形貌以减少接触压力等都可以提高抗粘着磨损的能力。 b:相对滑动速度：载荷一定的情况下，粘着磨损量随滑动速度的增加而增大。随着相对滑动速度的增加，表面温度升高，表面生成的氧化膜阻止了金属间的直接接触，减少了粘着磨损。 c:载荷的影响： 当载荷增大到某一临界 值后，粘着磨损量会急 剧增加。右图是载荷与 磨痕直径的变化，当载 荷达到一定值时，磨痕 直径迅速增大，此载荷 称为胶合载荷。 d:表面温度： 温度主要导致摩擦表面： (1)表面性质发生变化：如硬化、相变或软化。 (2)表面膜变化：破坏表面膜，导致氧化膜或其它形式化合物膜形成。 (3)润滑剂的性质发生变化：油膜氧化或热降解，油膜离析。 金属表面的实际构成示意图 磨粒磨损 1 定义: 摩擦过程中，硬的颗粒或硬的凸出物冲刷摩擦表面引起材料脱落的现象。磨粒是摩擦表面互相摩擦产生或由介质带入摩擦表面。 2 磨料磨损分类及其磨损特征： 磨粒磨损的主要特征 主要特征是摩擦面上有明显犁皱形成的沟槽，见右图。 在磨粒磨损时，对于韧性金属材料，每一磨粒从表面上切下的是一个连续屑；对于脆性金属材料，一个磨粒切下的是许多新屑。 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：磨料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剥落碎屑。 (3) 疲劳破坏：摩擦表面在磨料