第三章_磨损及磨损机理
摩擦学基础知识-磨损
1.3
研究内容：
(1) 磨损类型及发生条件、特征和变化规律。 (2) 影响磨损各种因素，包括材料、表面形
态、 环境、滑动速度、载荷、温度等。
(3) 磨损的物理模型、计算及改善措施。 (4) 磨损的测试技术与实验分析方法。
1.4
磨损过程的一般规律：
1.磨损过程曲线：典型磨损曲线通常由三种不同 的磨损变化阶段组成。
** 实际上，只有相同的金属材料组成摩擦副时，才
能按硬度估计粘着磨损，合金或不同材料的摩擦副，
硬度不能反映粘着系数、粘着磨损或粘着引起的咬
死等情况。
5 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。
1.2 磨损的危害： (1) 影响机器的质量，减低设备的使用寿命。 如齿轮齿面的磨损，破坏了渐开线齿形，传 动中导致冲击振动。机床主轴轴承磨损，影 响零件的加工精度。 (2) 降低机器的效率，消耗能量。如柴油机 缸套的磨损，导致功率不能充分发挥。 (3) 减少机器的可靠性，造成不安全的因素。 如断齿、钢轨磨损。
接 触 表 面 力 的 作 用 特 点
两体 磨损 三体 磨损 划伤 磨损 碾压 磨损 凿削 磨损
硬磨料或硬表面微凸体与一 犁铧、水 个摩擦表面对磨的磨损 轮机轮叶
磨损机理
磨损与形貌测量一）磨损机理根据近年来的研究，人们普遍认为按照不同的磨损机理来分类是比较恰当的，通常将磨损划分为四个基本类型：粘着磨损；磨粒磨损；表面疲劳磨损；腐蚀磨损；微动磨损。
虽然这种分类还不十分完善，但它概括了各种常见的磨损形式。
例如：腐蚀磨损是表面和含有固体颗粒的液体相摩擦而形成的磨损，它可以归入磨粒磨损。
微动磨损的主要原因是接触表面的氧化作用，可以将它归纳在腐蚀磨损之内。
还应当指出：在实际的磨损现象中，通常是几种形式的磨损同时存在，而且一种磨损发生后住住诱发其它形式的磨损。
例如疲劳磨损的磨屑会导致磨粒磨损，而磨粒磨损所形成的新净表面又将引起腐蚀或粘着磨损微动磨损就是一种典型的复合磨损。
在微动磨损过程中，可能出现粘着磨损、氧化磨损、磨粒磨损和疲劳磨损等多种磨损形式。
随着工况条件的变化，不同形式磨损的主次不同。
二）典型的磨损过程（三阶段）1、磨合磨损过程在一定载荷作用下形成一个稳定的表面粗糙度，且在以后过程中，此粗糙度不会继续改变，所占时间比率较小。
2、稳定磨损阶段经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓，该段时间长短反映零件的寿命。
3、剧烈磨损阶段经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载、振动→润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效。
三）摩擦表面的形态分析由于摩擦现象发生在表面层，表层组织结构的变化是研究摩擦磨损规律和机理的关键，现代表面测试技术已先后用来研究摩擦表面的各种现象。
1、摩擦磨损表面形貌的分析摩擦过程中表面形貌的变化可以采用表面轮廓仪和电子显微镜来进行分析。
表面轮廓仪是通过测量触针在表面上匀速移动，将触针随表面轮廓的垂直运动检测、放大，并且描绘出表面的轮廓曲线。
再经过微处理机的运算还可以直接测出表面形貌参数的变化。
目前常用的表面微观形貌分析设备为扫描电子显微镜。
电子扫描的图像清晰度好，并有立体感，放大倍数变化范围宽(20-20000倍)，检测范围亦较大。
《机械设计》第三节-摩擦-磨损-润滑
t
度不会继续改变，所占时
间比率较小
O
时间t
2、稳定磨损阶段
经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦
条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映零件的寿命
3、急剧磨损阶段 经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载振动
→润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效
二、磨损的类型
弹性变形
流体摩擦（润滑）
塑性变形
边界膜
边界摩擦（润滑）—最低要求
边界膜 液体
液
混合摩擦（润滑）
边界膜
液体
一、干摩擦
摩擦理论： 库仑公式 Ff f () Fn
新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论
简单粘着理论：
Ff
Ar B
Fn
sy
B
a
n
Ar Ari i 1
f () Ff B Fn sy
（3）条件粘度（相对粘度）—恩氏粘度
3、影响润滑油粘度的主要因素
（1）温度 润滑油的粘度随着温度的升高而降低
粘度指数VI ，35，85，110
（2）压力
p 0 ep
P>10MP时，随P↑→ηP↑
4、配油计算
K v vB vA vB
配油比
1、根据摩擦面间存在润滑剂的状况，滑动摩擦分
为哪几种？ 2、获得流体动力润滑的基本条件是什么？
3、典型的磨损分哪三个阶段？磨损按机理分哪几 种类型？
4、什么是流体的粘性定律？
5、粘度的常用单位有哪些？影响粘度的主要因素是 什么？如何影响？
6、评价润滑脂和润滑油性能的指标各有哪几个？
润滑油压分布
v1
v2
机械系统中的摩擦与磨损机理分析
机械系统中的摩擦与磨损机理分析摩擦和磨损是机械系统运行中的普遍现象，对于机械设备的性能和寿命都有着重要的影响。
理解摩擦和磨损机理，对于改善机械系统的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。
本文将从摩擦的基本概念开始，深入分析摩擦与磨损的机理。
一、摩擦的基本概念摩擦是指处于接触状态的两个物体因相对运动而引起的阻碍运动的力。
在机械系统中，摩擦不可避免地产生，并且会引起能量损失和表面磨损。
摩擦力的大小与材料的性质、表面形态和润滑条件等因素密切相关。
摩擦力的大小可以用摩擦系数来表示，摩擦系数的大小取决于物体之间的接触情况和材料的特性。
例如，金属材料之间的摩擦系数通常较小，而金属与非金属材料之间的摩擦系数较大。
此外，物体表面的粗糙度也会影响摩擦系数的大小，表面越光滑，摩擦系数越小。
二、摩擦的机理与分类摩擦的机理与接触状态和表面形态有关。
一般来说，摩擦可以分为干摩擦和润滑摩擦两种类型。
干摩擦是指在无润滑介质作用下的摩擦。
在干摩擦条件下，物体表面粗糙度和形态决定了摩擦的特性。
当两个物体粗糙度相似且表面之间存在较大的接触面积时，摩擦力较大。
而当物体表面光滑度较高或表面接触区域较小时，摩擦力较小。
此外，在干摩擦条件下，还存在着“附着摩擦”和“切削摩擦”的区别。
附着摩擦是指物体表面粗糙度发生变形接触，产生短时间的摩擦力。
而切削摩擦是指物体表面粗糙度间的相互剪切产生的摩擦力，主要由于表面形态的不同而导致。
润滑摩擦是指在有润滑介质作用下的摩擦。
润滑介质可以减小物体表面间的接触，并降低摩擦力。
常见的润滑介质有液体和固体两种形式。
在液体润滑条件下，摩擦系数较小，润滑膜的形成对减小摩擦力有重要作用。
而在固体润滑条件下，固体润滑剂填充物体表面间的空隙，减小物体之间的直接接触，从而减小摩擦力。
三、磨损的机理与分类磨损是指机械设备在长期运行过程中，表面材料的逐渐损失。
磨损的机理与摩擦密切相关。
常见的磨损形式有磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。
第三章 模具失效形式及机理
本章学习目标：
1、掌握模具失效主要形式
2、掌握磨损失效形式、失效机理以及影 响因素 3、掌握断裂失效形式、失效机理以及影响 因素 4、掌握塑性变形失效失效机理以及多种失 效形式的交互作用
模具的主要失效形式：
1.磨损失效 2.断裂失效 3.塑性变形失效
失效几率
早期失效
随机失效
图1-1 寿命特性曲线
耗损失效 使用时间
第一节 磨损失效
磨损：由于表面的相对运动，从接触表面 逐渐失去物质的现象。
磨损失效： 模具在服役时，与成形坯料接 触，产生相对运动，造成磨损。当该磨损使 模具的尺寸发生变化，或改变了模具的表面 状态使之不能继续服役时。
磨损的分类：
1.磨粒磨损(particle wear) 2.粘着磨损(adhesive wear) 3.疲劳磨损(fatigue wear) 4.气蚀和冲蚀磨损(cavitation erosion and wash-out wear)
图3-9 压力对磨损量的影响
d.磨粒尺寸与工件厚度的比值
工件厚度越大，磨粒越易嵌入工件，嵌入 越深，对模具的磨损越小。
磨粒 工件
( a) dm<t (b) dm=t (c) dm>t
图3-10 磨粒尺寸与工件厚度相对比值对磨损量的影响
提高耐磨粒磨损的措施 ： a.提高模具材料的硬度 b.进行表面耐磨处理 c.采用防护措施
图3-8 相对硬度对磨损量的影响
当Hm=Ho时，如II区，为磨损软化状态， 此时的磨损率急剧增加，曲线上升很徒。
当Hm>Ho 时，如III区， 为严重磨损状 态，此时磨损 量较大，曲线 趋平。
图3-8 相对硬度对磨着模具与工件表面压力的增加，磨粒压入 模具的深度增加，磨损越严重。但当压力达到 一定值后，磨粒棱角变钝，磨损增加趋缓。
磨损及磨损理论
磨损及磨损理论
第二节 粘着磨损
1 定义:
粘
当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应
着
所形成结点发生剪切断裂，被剪切的材
磨
料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到
损
另一个表面，此类磨损称为粘着磨损。
2 粘着磨损机理：
当摩擦副接触时，接触首先发生在少数几 个独立的微凸体上。因此，在一定的法向载荷 作用下，微凸体的局部压力就可能超过材料的 屈服压力而发生塑性变形，继而使两摩擦表面 产生粘着（焊接） 。当微凸体相对运动时，相 互焊接的微凸体发生剪切、断裂。脱落的材料 或成为磨屑，或发生转移。如撕断处在焊接的 部位，不发生物质的转移。如撕断处不在焊接
所以磨损是机器最常见、最大量的一种失效方式。据调查轮，胎压联痕(SEM 邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，其5中000X) 直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损 直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失 还需加上10%一20%。
磨损及磨损理论
(4)
对于弹性材料，σy≈H/3，H为布氏硬度值，则式(4)可变为：
第三章 摩擦、磨损和润滑
适当的润滑是减小摩擦、减轻磨损和降低能量消耗的有效手 段。
第一节 摩 擦
摩擦的种类 1）内摩擦：发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的摩擦。 2）外摩擦：当相互接触的两个物体发生相对滑动或有相对滑
在液体摩擦状态下，其摩擦性能取决于流体内部分子之间的 粘滞阻力，故摩擦因数极小(约为0.001～0.008)，是一种理想的 摩擦状态。摩擦规律也已有了根本的变化，与干摩擦完全不同。
四、混合摩擦
当两摩擦表面不能被具有压力的液体层完全分隔开，摩擦表 面间处于既有边界摩擦又有液体摩擦的混合状态称为混合摩擦。
边界膜有两大类：吸附膜和化学反应膜。吸附膜又分为物理 吸附膜与化学吸附膜。
物理吸附膜是由分子引力所 形成的。吸附膜吸附在金属表面 的模型如图2.3.4所示。
化学吸附膜是润滑油分子 以其化学键力作用在金属表面 形成保护膜，它的剪切强度与 抗粘着能力较低，但熔点较高 (约120°C)。所以，能在中等 速度及中等载荷下起润滑作用。
机械零件的磨损过程分为：磨合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损 阶段。
按照磨损失效的机理，磨损主要有四种基本类型，即磨粒磨损、 粘着磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损。
（1）磨粒磨损 外界进入摩擦表面间的硬质颗粒或摩擦表面上 的硬质凸峰，在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象。特征是摩擦表 面沿着滑动方向形成划痕，在一些脆性材料上还会有崩碎和颗粒。
中心值列于表2.3.1。
此外，常用的还有比较法测定粘度，称为条件粘度(或相对粘 度)。我国常用的条件粘度为恩氏粘度，即在规定温度下200cm3的 油样流过恩氏粘度计的小孔(直径2.8 mm)所需时间(s)与同体积的 蒸馏水在20°C下流过相同小孔时间的比值即为该油样的恩氏粘度， 以符号°Et表示，其角标t表示测定时的温度。美国常用赛氏通用 秒(SUS)，英国常用雷氏秒(R)作为条件湿或吸附于金属摩擦表面 形成边界膜的性能称为油性。吸附能力强，则愈有利于边界油膜的 形成，油性愈好。
磨损及磨损理论
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。
此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如果滑动继 续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增，极易出现 局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
所以磨损是机器最常见、最大量的一种失效方式。据调查， 轮胎压痕(SEM 5000X) 联邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，其中 直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损 直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失 还需加上10%一20%。
摩擦痕迹 (350X)
1.6
磨损过程的一般规律：
1、磨损过程分为三个阶段:
表面被磨平， 实际接触面 积不断增大， 表面应变硬 化，形成氧 化膜，磨损 速率减小。
随磨损的增长，磨耗 增加，表面间隙增大， 表面质量恶 化，机件快速失效。
斜率就是磨损速率，唯一稳定值； 大多数机件在稳定磨损阶段（AB 段）服役； 磨损性能是根据机件在此阶段 的表现来评价。
（3）磨损比
冲蚀磨损过程中常用磨损比(也有称磨损率)来度 量磨损。
Hale Waihona Puke 材料的冲蚀磨损量（g或μ m 3） 磨损比＝ 造成该磨损量所用的磨料量（g）
它必须在稳态磨损过程中测量，在其它磨损阶段 中所测量的磨损比将有较大的差别。 不论是磨损量、耐磨性和磨损比，它们都是在一 定实验条件或工况下的相对指标，不同实验条件或 工况下的数据是不可比较的。
当材料产生塑性变形时，法向载荷W与较软材料的屈服极限σy之间的关系：
（1）
当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产生的磨屑为半球形。 其体积为(2/3)πa3，则单位滑动距离的总磨损量为:
磨损的类型磨损机理表面疲劳磨损形成及影响因素
磨损的类型磨损机理表面疲劳磨损形成及影响因素磨损实际是接触表面随着时间增加和载荷作用损伤的累积过程。
自然界中不论机械零件，还是人造关节都存在着磨损。
可以说，磨损无处不在。
它直接影响着机器的运转精度和寿命。
据统计,每年全世界生产总值的近五分之二被摩擦磨损消耗掉了。
因此，开展系统的摩擦学设计，尽量减少或消除磨损，对人类具有重大意义。
前苏联学者进一步较全面地提出了区分磨损类别的方法。
他将磨损分为三个过程，依次为表面的相互作用两体摩擦表面的相互作用可以是机械的或分子的。
机械作用包括弹性变形、塑性变形和犁沟效应，可以是两体表面的粗糙峰直接啮合引起的，也可以是夹在中间的外界磨粒造成的。
表面分子的作用包括相互吸引和粘着，前者作用力小于后者。
表面层的变化在表面摩擦的作用下，表面层将发生机械的，组织结构的及物理的和化学的变化，这是由于表面变形、摩擦温度和环境介质等因素的影响造成的。
表面层的塑性变形会使金属冷作硬化而变脆，反复的弹性变形会使金属出现疲劳破坏。
摩擦热引起的表面接触高温可以使表层金属退火软化，而接触后急剧冷却将导致再结晶或固溶体分解。
外界环境的影响主要表现为介质在表层的扩散，包括氧化和其他化学腐蚀作用，因而会改变金属表面层的组织结构。
表面层的破坏形式有擦伤、点蚀、剥落、胶合、微观磨损。
近年来的研究普遍认为, 按照不同的机理对磨损来进行分类是比较恰当的。
通常可将磨损划分为个基本类型粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损。
虽然这种分类还不十分完善, 但概括了各种常见的磨损形式。
磨损机理通常从机理上可以把磨损分为粘着磨损，磨粒磨损，表面疲劳磨损，侵蚀磨损，腐蚀磨损和热磨损等。
粘着磨损相对运动的表面因存在分子间的吸引而在表面的微观接触处产生粘着作用，当粘着作用的强度大于材料内部的联接强度时，经过一定周期的接触就会产生磨损。
粘着磨损的磨损度常常是压力的函数，低压软表面或高压下都会产生严重的粘着磨损。
对于可以认为是同类材料的摩擦副表面，磨损常数趋于较大值，因为粘着作用的实质是原子或分子间产生了融合。
磨损及磨损理论
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 磨 损 的 基 本 概 念
03 磨 损 理 论
04 磨 损 的 预 防 与 控 制
05 磨 损 的 检 测 与 评 定
Prt One
单击添加章节标题
Prt Two
磨损的基本概念
磨损的定义
磨损：物体表面在相对运动过程中产生的损耗和破坏 磨损类型：包括磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等 磨损过程：包括初始阶段、稳定阶段、加速阶段和结束阶段 磨损影响因素：包括载荷、速度、温度、润滑、材料等
润滑：润滑不良会导致磨 损加剧
材料：材料的硬度、韧性 和耐磨性对磨损有直接影 响
环境：温度、湿度、腐蚀 性气体等环境因素也会影 响磨损
Prt Three
磨损理论
粘着磨损理论
粘着磨损是指两个接触表面 在相对滑动过程中由于粘着 作用而产生的磨损
粘着磨损理论是研究粘着磨 损现象的理论
粘着磨损理论主要包括粘着 磨损机理、粘着磨损模型和
磨损量的应用：在机械设计、材料察
磨损类型：磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损等 磨损程度：轻微磨损、中度磨损、严重磨损等 磨损部位：表面磨损、内部磨损、边缘磨损等 磨损特征：颜色变化、表面粗糙度、尺寸变化等
磨损性能的评定
磨损检测方法：光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射等 磨损评定标准：磨损量、磨损率、磨损寿命等 磨损性能指标：耐磨性、抗磨性、耐蚀性等 磨损机理研究：摩擦学、材料科学、表面工程等
磨粒磨损理论
磨粒磨损：由硬质 颗粒引起的磨损
磨粒来源：自然界 中的砂石、金属颗 粒等
磨损过程：磨粒与 材料表面接触、摩 擦、剥落
磨损后果：材料表 面磨损、疲劳、断 裂等
机械设计----摩擦
第三章 磨擦、磨损及润滑（一）教学要求掌握摩擦副分类及基本性质、磨损过程和机理及润滑的类型及润滑剂类型。
（二）教学的重点与难点摩擦副基本性质和典型磨损过程（三）教学内容§3—1 摩擦摩擦——两接触的物体在接触表面间相对滑动或有一趋势时产生阻碍其发生相对滑动的切向阻力，——这种现角叫磨擦磨损——由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。
使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏→精度、可靠性↓效率↓直至破坏润滑——减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。
摩擦学（Tribology ）——包含力学、流变学、表面物理、表面化学及材料学、工程热物理学等学科，是一门边缘和交叉学科。
摩擦 内摩擦——发生在物质内部外摩擦——两个相互接触表面之间的摩擦接运动状态——摩擦 静摩擦——仅有相对滑动趋势时的摩擦动摩擦本节只讨论金属摩擦副的滑动摩擦根据摩擦面间存在润滑剂的状况，干摩擦 ——最不利滑动摩擦 边界摩擦（边界润滑） ——最低要求流体摩擦（流体润滑） ——如图3-1所示混合摩擦（混合润滑） ——最理想各种状态下的摩擦系数见表3-1，图3-2为摩擦特性曲线p v f /ηλ=-的关系。
一、干摩擦——两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦而实际上，即使很洁净的表面上也存在脏污膜和的氧化膜，∴实际f 比在真空中测定值小很多。
摩擦理论：①库仑公式 n f fF F =（n F —法向力）——至今沿用机理：②机械摩擦理论→认为两个粗糙表面接触时，接触点相互啮合，摩擦力为啮合点问切向阻力的总和，表面越粗糙，摩擦力就越大。
但不能解释光滑表面间的摩擦现象——表面愈光滑、接触面越大，f F 越大，且与滑动速度V 有关。
③新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论—常用简单粘着理论：如图3-3所示，摩擦副真实接触面积Ar 只有表现接触面积A 的百分之一和万分之一，)10000~100/(A Ar =，∴接触面上压力很大，很容易达到材料的压缩屈服极限sy σ→产生塑性流动→接触面↑，∴n F ↑应力并不升高 ∴sy nF Ar σ= （3-1）接触点塑性变形后→脏污膜遭破坏，容易使基本金属产生粘着现象→产生冷焊结点→滑动时，先将结点切开，设结点的剪切强度极限为B τ，则摩擦力为B sy nB r f F A F τστ== （3-2） ∴金属摩擦系数syB n fF F f στ== （3-3） B τ 两接触金属中较软者的剪切强度——剪切发生在软金属站界面的剪切强度极限B f f B ττττ<<=,（脏污表面）——剪切发生在结点金属上 sy σ——较硬的基本材料的压缩屈服极限∵大多数金属sy B στ/很相近，∴f 很相近∴降低摩擦系数的措施：在硬金属基体表面涂覆一层极薄的软金属（使）sy σ取决于基体材料，B τ取决于软金属。
第3章金属磨损
对于纯金属和各种未经热处理的钢材，耐磨性与材料硬度成 正比关系。
2. 相对硬度 磨料硬度H0与试件材料硬度H之间的相对值。 为了防止磨粒磨损，材料硬度应高于磨料硬度。
3. 载荷 外载荷对各种材料的磨粒磨损有显著影响。线磨损率与表面 压力成正比。 当压力达到转折值pc时，线磨损率随压力的增加变得平缓， 这是由于磨粒磨损形式转变的结果。各种材料的转折压力值 是不同的。
2. 表面温度 pv值与摩擦副传递的功率成正比，也就是与摩擦损耗的功 率成正比，摩擦过程中这些能量产生的热使表面温度升高。 产生的热量在接触表面间不是均匀分布的，大部分的热量 产生在表面接触点附近，形成了半球形的等温面。
摩擦热产生于最外层的变形区，因此表面温度最高，
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。
高速重载摩擦副中，由于接触峰点的塑性变形大和表面 温度高，使粘着结点的强度和面积增大，通常产生胶合 磨损。 相同金属材料组成的摩擦副中，因为粘着结点附近的材 料塑性变形和冷作硬化程度相同，剪切破坏发生在很深 的表层，胶合磨损更为剧烈。
3.3.2 粘着磨损机理
粘着磨损模型：如下图所示。 选取摩擦副之间的粘着结点面积为以a为半径的圆，每一 2 个粘着结点的接触面积为 a 。 如果表面处于塑性接触状态，则粘着结点承受的载荷为
而由于摩擦副体积远大于接触峰点，一旦脱离接触，峰点 温度便迅速下降，一般局部高温持续时间只有几毫秒。
润滑油膜、吸附膜或其他表面膜将发生破裂，使坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。
3.3.1 粘着磨损的种类
1. 轻微粘着磨损 当粘着结点的强度低于摩擦副金属的强度时，剪切发生在 结合面上。此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料 迁移也不显著。 如：缸套-活塞环摩擦副的正常磨损。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 当粘着结点的强度高于摩擦副中较软金属的剪切强度时， 破坏将发生在离结合面不远处较软金属表层内，因而软金属 粘附在硬金属表面上。 如：重载蜗轮副蜗杆的磨损。这种磨损的摩擦系数与轻微 磨损差不多，但磨损程度加剧。
磨损机理(三)
腐蚀磨损
磨蚀磨损是在摩擦促进作用下，摩擦副的一方或双方 与中间物质或环境介质中的某些成分发生化学或电化 学并生成反应产物的过程，与此同时，还有机械作用 使反应产物脱落，这种以腐蚀为主导的磨损即称为Байду номын сангаас 蚀磨损有时也称为摩擦化学磨损。
单纯的腐蚀现象不能定义为腐蚀磨损，只有当腐蚀现 象与机械磨损过程相结合时才能形成。 腐蚀磨损和上述三种磨损的机理不同，它是一种极为 复杂的磨损过程，经常发生在高温或潮湿的环境中， 更容易发生在有酸、碱、盐等特殊介质条件。
除上述四种基本磨损类型外，还有以下几种。 (1) 浸蚀磨损 气蚀和冲蚀磨损统称浸蚀磨损，是疲 劳磨损的派 生型式。零件与液体接触并作相对运动， 当接触处的局部压力低于液体蒸发压力，将形成气泡。 另外，溶解在液体中的气体也会析出形成气泡；在液 体的流动中，由 于紊流的作用，液体内部压力不是 均衡的分布，当气泡内的压力大于液体压力时，，气 泡立即遭到溃灭，瞬间产生极大的冲击力和高温。气 泡形成和溃灭的反作用， 使零件表面产生疲劳破坏， 出现麻点直至扩展为海绵状空穴，这种磨损称气蚀磨 损。如水泵零件、水轮机叶片等都能见到这种磨损。 流体夹带尘埃、砂粒、矿物粉末等固体颗粒，以一定 的角度和速度冲击固体表面引起的磨损叫冲蚀磨损。 例如风机、水泵、水轮机的叶轮和气力输送管道的、 火箭尾部喷管管壁等产生的磨损。
但是，通常其磨损速度较氧化磨损要快得多。例如， 含有铜、锡等元素的滑动油承材料易被润滑剂中的酸 性物质所腐蚀。在轴瓦表面上首先形成黑色斑点。并 逐步扩展成类似海绵状的空洞，在摩擦过程中呈小块 状剥落。 此外，某些金属(w、Mo、Ni、cr等)与特殊介质反应 还可生成结构紧密、结合强度很高的保护膜或钝化膜， 其耐磨性好，可降低摩擦系数并限制腐蚀磨损，这种 情况—般不归类于特殊介质腐蚀磨损的讨论范畴。 摩擦学负荷、温度等都会使反应速度增大。例如，摩 擦氧化形成的氧化铁层增长情况与低温下氧化情况呈 明显对照。促使反应过程加快的原因是： （1）阻碍反应的外边界层被“磨”去； （2）参与反应物质的输送得到加速； （3）易起反应的表面积扩大；
机械传动系统中的摩擦与磨损机理
机械传动系统中的摩擦与磨损机理机械传动系统是现代工业中不可或缺的组成部分，它们承担着转动力和扭矩的传递任务。
然而，在长时间的使用和运转过程中，摩擦与磨损是不可避免的问题。
本文将探讨机械传动系统中的摩擦与磨损机理，并分析其对系统性能的影响。
首先，我们需要了解摩擦与磨损的基本定义。
摩擦是指两个物体之间相对运动时的阻力，而磨损则是由于摩擦而导致的材料表面的破坏和损失。
在机械传动系统中，摩擦主要出现在接触面上，如轴承、齿轮和链条等部件。
摩擦与磨损的机理可以从微观和宏观两个层面来分析。
从微观角度看，当两个物体接触时，它们之间存在着分子之间的相互作用力，这些力可以分为吸附力和击退力。
吸附力是指表面分子之间的吸引力，其大小与物体表面粗糙度和摩擦材料有关；而击退力是指因为分子挤压而产生的排斥力，大小与物体的弹性模量有关。
这两种力的平衡决定了物体表面的摩擦性质。
宏观层面上，摩擦与磨损的机理可以归结为三种类型：固体摩擦、润滑摩擦和磨粒磨损。
固体摩擦是指两个物体之间的直接接触和相对运动。
当两个物体表面处于接触状态时，它们之间的摩擦力随着接触面积的增大而增大，随着接触压力的增大而增大。
这种摩擦通常会导致材料的塑性变形和表面磨损。
润滑摩擦是指在两个物体之间通过润滑剂形成一层润滑膜，减少接触面积和接触力而实现的摩擦形式。
润滑剂可以是固体、液体或气体，它们的选择取决于系统的工作条件和要求。
润滑膜的形成和稳定性对摩擦和磨损的控制至关重要，因此，润滑油和润滑脂在机械传动系统中起着重要作用。
磨粒磨损是指在摩擦接触表面上存在着杂质或硬颗粒，它们在摩擦过程中起到“研磨剂”的作用，损害物体表面。
磨粒磨损通常是机械传动系统中摩擦副的寿命限制因素之一，它们会导致材料表面的凹凸和划伤。
摩擦与磨损对机械传动系统的影响是显而易见的。
首先，摩擦和磨损会增加能量损失，导致系统效率的降低。
其次，摩擦和磨损会使机械部件的精度和装配质量下降，影响系统的运行平稳性和精度。
磨损机理
磨损与形貌测量一）磨损机理根据近年来的研究，人们普遍认为按照不同的磨损机理来分类是比较恰当的，通常将磨损划分为四个基本类型：粘着磨损；磨粒磨损；表面疲劳磨损；腐蚀磨损；微动磨损。
虽然这种分类还不十分完善，但它概括了各种常见的磨损形式。
例如：腐蚀磨损是表面和含有固体颗粒的液体相摩擦而形成的磨损，它可以归入磨粒磨损。
微动磨损的主要原因是接触表面的氧化作用，可以将它归纳在腐蚀磨损之内。
还应当指出：在实际的磨损现象中，通常是几种形式的磨损同时存在，而且一种磨损发生后住住诱发其它形式的磨损。
例如疲劳磨损的磨屑会导致磨粒磨损，而磨粒磨损所形成的新净表面又将引起腐蚀或粘着磨损微动磨损就是一种典型的复合磨损。
在微动磨损过程中，可能出现粘着磨损、氧化磨损、磨粒磨损和疲劳磨损等多种磨损形式。
随着工况条件的变化，不同形式磨损的主次不同。
二）典型的磨损过程（三阶段）1、磨合磨损过程在一定载荷作用下形成一个稳定的表面粗糙度，且在以后过程中，此粗糙度不会继续改变，所占时间比率较小。
2、稳定磨损阶段经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓，该段时间长短反映零件的寿命。
3、剧烈磨损阶段经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载、振动→润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效。
三）摩擦表面的形态分析由于摩擦现象发生在表面层，表层组织结构的变化是研究摩擦磨损规律和机理的关键，现代表面测试技术已先后用来研究摩擦表面的各种现象。
1、摩擦磨损表面形貌的分析摩擦过程中表面形貌的变化可以采用表面轮廓仪和电子显微镜来进行分析。
表面轮廓仪是通过测量触针在表面上匀速移动，将触针随表面轮廓的垂直运动检测、放大，并且描绘出表面的轮廓曲线。
再经过微处理机的运算还可以直接测出表面形貌参数的变化。
目前常用的表面微观形貌分析设备为扫描电子显微镜。
电子扫描的图像清晰度好，并有立体感，放大倍数变化范围宽(20-20000倍)，检测范围亦较大。
第三章 磨损及磨损理论
一、概述
1、磨损定义： 磨损定义： 相互接触的物体在相对运动中， 相互接触的物体在相对运动中，表层材料不断损 转移或产生残余变形的现象称为磨损， 失、转移或产生残余变形的现象称为磨损，它是 伴随着摩擦而产生的必然结果。 伴随着摩擦而产生的必然结果。 有些磨损是有益的， 有些磨损是有益的，如“研磨”，可使零件表 研磨” 面粗糙度减小，使刀刃变得锋利。 面粗糙度减小，使刀刃变得锋利。 但是，据统计，约有80 %左右的机械零件是由 但是，据统计，约有80 %左右的机械零件是由 于磨损而报废或失效。磨损不仅消耗材料， 于磨损而报废或失效。磨损不仅消耗材料，浪 费能源，并直接影响到机器的寿命和可靠性。 费能源，并直接影响到机器的寿命和可靠性。 固此，对磨损的研究引起了人们的极大关注。 固此，对磨损的研究引起了人们的极大关注。
d.咬合 d.咬合
如果粘着强度比两金属基体的强度高得多， 如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而 粘着强度比两金属基体的强度高得多 且粘着点面积较大时 且粘着点面积较大时，剪切破坏发生在一个或两个 金属表层深的地方。 金属表层深的地方。 此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出 此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱， 现严重磨损。如果滑动继续进行， 现严重磨损。如果滑动继续进行，粘着范围将很快 增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增， 增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增，极易出现 局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。 咬死而不能相对滑动 局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
Ⅲ 剧烈磨损阶段：由于摩擦条件发生较大的变化 剧烈磨损阶段： 如温度的急剧增高，金属组织的变化等) (如温度的急剧增高，金属组织的变化等)，磨损 速度急剧增加。这时机械效率下降，精度降低， 速度急剧增加。这时机械效率下降，精度降低， 出现异常的噪音及振动，最后导致零件完全失效。 出现异常的噪音及振动，最后导致零件完全失效。 从磨损过程的变化来看， ** 从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的 使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段” 使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段”。
磨损及磨损机理
第三章磨损及磨损机理概述物体摩擦外表上的物质，由于外表相对运动而不断损失的现象称磨损。
在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：a.跑合〔磨合〕阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。
b.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。
c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。
〔如图3.1〕机件磨损是无法防止的。
但，如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。
影响磨损的因素很多，例如相互作用外表的相对运动方式(滑动，滚动，往复运动，冲击)，载荷与速度的大小，外表材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种外表处理工艺，外表几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法)，环境条件(温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等)和工况条件(连续或间歇工作)等。
这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。
磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律解释清楚。
已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。
如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙外表在接触摩擦过程中相互接近，而一个外表上的原子被另一个外表俘获的现象就是磨损。
霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限σb(即硬度)对耐磨性的影响很大。
50年代初，奥贝尔(Oberle)从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H外，还有材料的弹性模量E。
处在弹性极限内的，变形越大，机械破坏越少，并提出用模数(m＝E/H×105)来反映材料的耐磨性，m值高则耐磨性好。
冯(Feng)提出了机械性质相近的两外表上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观点。
布洛克(Blok)认为软钢外表变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。
拉宾诺维奇认为外表能与材料硬度之比，对于磨损是一个重要因素，它可能影响磨屑的大小。
磨损机理(三)
环境对氧化速度起着决定性的作用，氧的渗入 量不断增加即形成氧化膜，当生成的氧化膜与 基体结合牢固时，它起到保护作用，提高了摩 擦副的减摩耐磨性能。氧化膜的厚度是逐渐生 长的，氧化物的增长量与时间成抛物线关系， 当达到一定厚度时容易变脆，摩擦时瞬间发生 破裂而脱落。氧化膜剥落后又会再生，可见， 氧化物的生成与破坏是交替进行的，这种周期 性的剥落即导致磨损。 金属氧化磨损的最显著特征是在摩擦表面沿滑 动方向呈均细的磨痕，并产生红褐色片状的 Fe2O3或灰黑色丝状的Fe3O4磨屑。
应当指出，化学或电化学反应与机械摩擦作用是交替 进行的，而且是相互促进的。有些情况腐蚀在先，机 械作用在后。在另一些情况下，则正好相反。大气中 的氧、二氧化碳以及摩擦副的相对电势都对腐蚀磨损 有影响。 因摩擦副的材料性能、周围介质的性质以及介质在金 属表面上造成的腐蚀情况不同，可将腐蚀磨损分为下 列四种类型。 （1）氧化磨损 与空气中的氧作用形成氧化磨损是最常见的一种腐蚀 磨损形式。氧化磨损是摩擦副表面金属材料与氧发生 化学反应生成氧化膜时的一种磨损。开始时，氧向金 属表面渗入并扩散，在分子引力的作用下即形成一流 动层，该层充满微凸体的凹谷；
如用光学显微镜则可看得更清晰。这种覆盖层由α -Fe2O3和 Fe3O4构成。若希望起保护作用并降低磨损，则主要是形成结合 强度高的反应层。如果表面上出现一定密度的松脱颗粒，若它 们起着磨料的作用，就可能使磨损量上升。
摩擦化学磨损是微动磨损的一个局部过程，但它并不 是这种损坏的唯一原因。摩擦化学磨损主要发生在金 属材料表面。即使是耐磨蚀的钢，如果其防锈的钝化 膜在摩擦作用下被磨掉，也避免不了要发生磨蚀磨损。 陶瓷和聚合物材料，发生摩擦化学磨损的可能性很小。 因为摩擦化学磨损的反应物会使滑动副的间隙减小或 者完全被阻塞，以致滑动副的相对运动受到阻滞，所 以在实际工程中对摩擦化学磨损要特别小心。由于反 应层会大大降低导电性能，故在继电器中必须避免这 种反应层。 其它磨损
材料磨损基础与机理讲解
固体表面几何形状误差
1—形状材误料磨差损基；础和2机—理讲波解 纹；3—粗糙度
7
§2.1 固体表面的几何形貌
(3)表面粗糙度：是指比表面波纹度更
微观尺度上的几何形状误差。通常是指
毫米尺度以下范围内表面凹凸不平的情
况，而波纹度的波距较长，一般在1-10
毫米范围。表面粗糙度的评定指标一般
采用轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度 十点平均高度Rz及轮廓均方根偏差Rq.
材料磨损基础和机理讲解
20
§2.2 固体表面表征方法
激光共焦扫描显微镜
材料磨损基础和机理讲解
21
Chapter 2: 固体表面结构与 接触特性
5
5
ypi yvi
Rz i1
i 1
5 11
§2.2 固体表面表征方法
§2.2.3 轮廓均方根偏差Rq
它是指在取样长度l内轮廓偏距的均方根值。
其数学表达式为：
Rz
1 1 y2(x)dx l0
材料磨损基础和机理讲解
12
§2.2 固体表面表征方法
NOTE ! 上述三种参数仅反映表面高度方向的 粗糙度，但不能反映表面峰、谷轮廓的斜度和 其出现频率的情况。为了克服这一点，可采用 表面轮廓在水平方向的参数和二维参数来补充 评定表面的形貌：
截后得到的各段截线长度之和与取样长度l之比。
即：
tp
abcd··· l
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为材料最磨损高基础峰和机点理讲至解 最深谷的距离
17
§2.2 固体表面表征方法
轮廓支承面曲线表示表面轮廓上各微凸体沿 高度分布的情况，反映出摩擦表面磨损到某 一定程度时，支承面积大小。该参数对研究 摩擦表面的接触状态和表面耐磨性有重要作 用。
7-材料磨损与耐磨材料(第3章粘着磨损)4详解
§3.1.2 粘着磨损一般规律
图(b)表示两个摩擦表面相对滑动时，由于摩擦力的 作用，在表层产生塑性流动(实线表示)，表层的缺陷 不断扩展。表面接触部位发生金属间的粘着。
17
§3.1.2 粘着磨损一般规律
图(c)表示表面层内的裂缝扩展到表面，金属从表面 撕裂下来，形成磨粒。一些金属粘着在另一个金属表 面。图(d)是磨损后形成的新表面。
2
Chapter 3: 材料的磨损机理
图(b)为磨粒磨损，主要特征是磨损表面有明显的 划痕或犁沟，磨损物为条状或切屑状，常见于农用犁 铧、斗齿等。
3
Chapter 3: 材料的磨损机理
图(c)是接触疲劳磨损，主要特征为磨损表面有裂 纹、小坑等，磨损产物为块状或饼状，通常在滚动轴 承、齿轮的表面发生较普遍。
将粘附对摩件金属，发生“金属转移”，即发生”物质 转移”。
在以后的摩擦过程中，附着物碾转于对磨件的表面之 间，有些粘附物在反复的摩擦中可能由金属表面脱落下 来→磨屑。
9
§3.1.1 粘着磨损的概念
粘着磨损也称咬合(胶合)磨损。磨损产物通常呈小 颗粒状，从一物体表面粘附到另一个物体表面上，然 后在继续的摩擦过程中，表面层发生断裂，有时还发 生反粘附．即被粘附到另一个表面上的材料又回到原 来的表面上，这种粘附反粘附往往使材料以自由磨屑 状脱落下来。粘着磨损产物可以在任意的循环中形成。 粘着以后的断裂分离，并不一定在最初的接触表面产 生。
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§3.1 粘着磨损
• §3.1.1 粘着磨损的概念 • §3.1.2 粘着磨损一般规律 • §3.1.3 粘着磨损分类 • §3.1.4 粘着磨损表达式与定律 • §3.1.5 影响粘着磨损的因素
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§3.1.2 粘着磨损一般规律
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第三章磨损及磨损机理概述物体摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。
在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：a.跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。
b.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。
c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。
（如图3.1）机件磨损是无法避免的。
但，如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。
影响磨损的因素很多，例如相互作用表面的相对运动方式(滑动，滚动，往复运动，冲击)，载荷与速度的大小，表面材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种表面处理工艺，表面几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法)，环境条件(温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等)和工况条件(连续或间歇工作)等。
这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。
磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律解释清楚。
已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。
如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙表面在接触摩擦过程中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表面俘获的现象就是磨损。
霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限σb(即硬度)对耐磨性的影响很大。
50年代初，奥贝尔(Oberle)从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H外，还有材料的弹性模量E。
处在弹性极限内的，变形越大，机械破坏越少，并提出用模数(m＝E/H×105)来反映材料的耐磨性，m值高则耐磨性好。
冯(Feng)提出了机械性质相近的两表面上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观点。
布洛克(Blok)认为软钢表面变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。
拉宾诺维奇认为表面能与材料硬度之比，对于磨损是一个重要因素，它可能影响磨屑的大小。
赫鲁晓夫提出了硬质微凸体在软表面上犁沟的模式图。
有不少学者通过实验和观测发现，磨损是比原子量级大得多的数量级，大规模地发生着。
拉宾诺维奇和阿查德(Archard)分别指出，磨损颗粒大约具有如实际接触斑点直径那样的数量级。
拉宾诺维奇提出磨屑呈半球形，阿查德也认为磨屑具有一定的厚度。
在滑动或滚动过程中，表面微凸体反复承载而发生疲劳脱落的现象，有人把它看作是一种磨损，克拉盖尔斯基(Крагельский)提出了形成磨屑的数学模式，木村好次(Kimura)等人的观点也属于这一类。
苏(Suh)等人提出了由于应力重复作用和应变累积而引起材料转移的观点，他指出磨屑呈细片状而不是呈半球形，同时认为材料的整体性能(硬度)不是控制磨损的因素。
关于磨损现象的解释，不同的论点都从某一角度描述了磨损某一方面的状况。
还难以解释千变万化的磨损现象。
随着表面微观分析仪器及电子计算技术的发展，人们对磨损的研究也由宏观进入亚微观，进而进入微观研究；由静态到动态，由定性到定量。
但至今仍不能算很完善。
本章主要讨论金属材料的磨损，关于非金属材料的磨损问题将稍加讲解。
磨损的情况和程度，用磨损率来表示。
磨损率是指单位时间，单位滑动距离、单位作功，或每一转、每一次摆动中表面材料的磨损量。
磨损量可用质量，体积或厚度来度量。
3.1磨损类型关于磨损的分类也有各种观点。
这里采用伯韦尔(Burwell)的观点根据磨损机理的不同，把粘着磨损，磨粒磨损、腐蚀磨损和表面疲劳列为磨损的主要类型，而把表面侵蚀，冲蚀等列为次要类型。
这些不同类型的磨损，可以单独发生，相继发生或同时发生（为复合的磨损形式）。
3.1.1粘着磨损摩擦副相对运动时，由于接触点上的固相焊合，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面的现象称为粘着磨损。
①粘着磨损机理由摩擦的粘着理论可知，金属表面微凸体在法向载荷的作用下，当顶端压力达到屈服强度时，就会发生塑性变形而使接触面扩大，直到实际接触面积大到足以支承外载荷时。
相对滑动时，界面膜破裂，就会在接触处形成“冷焊”接点。
继续滑动又会将接点剪断，随后再形成新的接点。
在不断的剪断和形成新的接点的过程中，发生了金属磨损。
磨损量的大小取决于节点处被剪断的位置。
如剪切发生在界面上，则磨损轻微；如发生在界面以下，则会使金属从一个表面转移到另一个表面。
继续摩擦时，这部分转移物就可能成为磨屑。
如表面有污染膜，吸附膜等表面膜存在时，磨损轻微。
由于表面膜的抗剪强度较低，接触点处的表面膜很容易遭到破坏，使新鲜的金属表面得以暴露，加上摩擦热的影响，金属间形成了很强的粘着，运动时必须剪断这些金属粘着点，造成表面损伤，严重时甚至可以咬死。
综上所述，可以将粘着磨损的过程作如下的描述： 接触——塑性变形——表面膜（包括油膜）破裂——粘着（冷焊）——剪断接点——再粘着的循环过程。
②粘着磨损的分类根据剪断位置的不同，表面损伤程度的不同，又可将粘着磨损分为以下几个等级（如表3.1所列）：表3.1 粘着磨损的分类类别破坏现象 损坏原因 轻微磨损 剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料极轻微粘着结合处强度比摩擦副的两基体金属都弱涂抹 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粘着结合处强度大于较软金属的剪切强度 擦伤 剪切破坏主要发生在较软金属的亚表层内；有时硬金属亚表面也有划痕粘着结合处强度比两金属基体都高，转移到硬面上的粘着物质又拉削软金属表面 撕脱（深掘） 剪切破坏发生在摩擦副一方或两方金属较深处粘着结合处强度大于任一基体的剪切强度，剪切应力高于粘着结合强度 咬死 摩擦副之间咬死，不能相对运动 粘着结合处强度比任一基体金属的剪切强度都高，而且粘着区域大，剪切应力低于粘着结合强度③粘着磨损规律a.阿查德（Archard ）的磨损量计算式他假设在一系列等高度，大小相仿的微凸体上形成磨屑（见图3.2）。
设单个微凸体的接触面积的半径为r ，面积为πr 2，则所支承的载荷N i =σb ·πr 2。
如滑动距离为一个直径长时，则剪断的半球状微凸体的体积ΔQ=2／3πr 3（半个球的体积）。
设n 为接触表面间的接触点数，则滑动了L 这么长距离后的总磨损量为：所受的载荷为N ，将代入上式，则得：以上是假定每个接触的微凸体都被剪断而形成磨屑（磨损量）。
而实际上尚有一个概率， 用系数k 来表示： 如滑动距离L 设为1个单位长度，将单位长度的磨损量定义为磨损率式中：Q 总磨损量； N 法向载荷； L 滑动距离； σb 材料的压缩屈服极限（硬度）。
L r n r L r Q 323223ππ=•=∑2rn N b πσ••=L N Q b σ31=L N k Q b σ3=b N k L Q w σ3==图3.2 阿查德的微凸体相遇模式根据以上结果，可以得出以下结论：⑴.磨损量与滑动距离成正比； ⑵磨损量与法向载荷成正比，而与表观面积无关；⑶磨损量与较软材料的压缩屈服极限（硬度）成反比；⑷滑动速度大体上对磨损量没有影响。
但是实验证明，磨损量与法向载荷成正比只适用于法向载荷较小的情况下，当载荷大到接触面上平均压应力超过3σb 时，磨损会急剧增大。
另外很多实验也表明，速度对于各种材料的不同磨损类型都存在着一定的影响。
同时，阿查德的公式中没有说明表面膜对粘着磨损的影响，计算式中没有反应出表面几何性质、表面加工状况、磨合等因素的影响。
b.吉本（Yoshimoto ）与筑添（Tsukizoe ）的计算式考虑到几何因素的影响，他们假定微凸体呈锥状。
锥底直径为2r ，高度不等，都具有相同的锥底角θ。
与理想平滑的表面摩擦（见图3.3）。
他们的推导思路和方法与阿查德相同。
唯每个微凸体的形状为锥体：则： 总磨损量此式中考虑了几何性质的因素——tg θ，从式中可以看出，当表面越光滑(θ越大)， tgθ越小，磨损量就越小。
经过试验证明，基本上与计算值相符。
c.罗厄（Rowe ）对阿查德方程的修正罗厄考虑了表面膜的影响，有表面膜存在时金属直接接触的面积只是真实接触面积的一部分。
即式中：β 称为表面膜分隔缺陷系数；A m 金属直接接触的面积；A r 真实接触面积（包括有表面膜分隔的面积）。
表面膜（包括油膜）缺损多时，β趋向于1。
表示几乎全是金属直接接触。
阿查德的磨损量计算公式为：罗厄的修正公式为：图3.3 吉本-筑添的表面接触模型 N0231h r Q π=∆θrtg h =0θπtg r Q 331=∆L N tg Q b σθ61=1<=r m A A βL A k L A k L A k Q r m m m r β===3()2121αμ+=r N A 2r n N b πσ••=L A k L N k Q r b 33=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=σθπθπtg r r L tg r n Q Q 3331231==∆=∑根据修正的粘着摩擦理论，真实接触面积则式中：k m 为概率系数，但与阿查德的k 数值不同，主要是考虑了表面膜及几何因素等；μ 为摩擦系数；α 由剪切力引起的接触面积增大系数，它满足以下关系：σ2+ατf 2=σb 2σ 压应力； τf 表面膜的剪切强度； σb 压缩屈服极限。
将上式写成：式中：k ’ 被定义为磨损系数。
与接触产生的概率、摩擦副的材料、几何性质、表面膜的破损程度等因素有关。
从罗厄和阿查德的公式中都有说明磨损量与法向载荷成正比，与较软材料的硬度成反比。
这正好与粘着摩擦理论相一致。
在罗厄的修正公式中，包含了剪切力的影响和表面膜的影响。
如表面膜损伤系数很小，则磨损量就会大大降低。
d.威尔士（Welsh ）的研究考虑了温度的影响。
威尔士认为，随着载荷与滑动速度的改变，会引起摩擦表面温度的升降，从而造成粘着磨损特征的明显变化（图3.4）。
⑴温度在T 1以下时，磨屑基本上是氧化物，属于轻磨损；⑵温度超过T 1，进入严重磨损，特征是磨屑由金属之间焊合后再剪断而产生的，表明此时表面上在轻载时建立的氧化膜破裂，磨损由亚表层的塑性变形造成。
T 1是从轻微磨损到严重磨损的转变点。
⑶当温度到达T 2后，由于表面温度相当高，约有90％的塑性变形能转为热能。
如果这些热保留在摩擦副中，则会出现高达1000℃的瞬现温升（约在10-3s 内）。
这样的温度足够引起表面层的相变（如出现“白层”结构）它将阻碍塑性变形的发展，并能帮助建立氧化膜。
这时的磨损率又显著下降。
⑷温度再升高到T 3，此时可使表面层迅速变成硬化状态。
在表面上形成氧化层为主要反应，而不发生金属转移。
所以磨损率又下降。
但他并没有解释为何到更高温度时磨损率又向上。
e.查尔德（Child ）的研究他研究了载荷与速度对软钢-软钢无润滑条件下的磨损状态（见图 3.5），表明磨损随工作条件的改变而发生转化。