磨损知识

主要影响因素：
（1）非金属夹杂：脆性夹杂易造成裂纹，
降低接触疲劳寿命。塑性硫化物夹杂易 随基体一起变形，能够把氧化物夹杂包 住形成共生夹杂，降低氧化物夹杂的不 良作用。 （2）表面硬度和心部硬度：表层硬度梯度 不应过大。一定范围内，接触疲劳抗力 随硬度随硬度升高而增大。
着循环不断进行，构成粘着磨损过程。
3五类典型粘着磨损
(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。
3 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：摩擦表面在磨料产生的循环接触 力作用下，使表面材料因疲劳而剥落。
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。
硬度的影响
(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
(4) 消耗材料, 造成机械材料的大面积报废。
1.3 讨论内容：
(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。
3.在尖端应力集中处产生二次裂纹，垂直 于初始裂纹。 4.二次裂纹向表面扩展，到达表面时，剥 落一块金属形成一凹坑。
（2）浅层剥落：
多出现在零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩 擦力小的情况下。
（a）裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变
形最剧烈。
（b）在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行，
使材料局部弱化。
量急剧增大。精度降低、间隙增大，温 度升高，产生冲击、振动和噪声，最终 导致零部件完全失效。
非典型磨 损曲线
2. 磨损特性曲线----浴盆曲线
典型浴 盆曲线
磨损类型
2.1磨损
类型
2.2 表面破坏方式及特征
破坏方式
微动磨损 剥 层
基
本
特
征
磨损表面有粘着痕迹，铁金属磨屑被氧化成红棕色氧化物，通 常作为磨料加剧磨损。 破坏首先发生在次表层，位错塞积，裂纹成核，并向表面扩展， 最后材料以薄片状剥落，形成片状磨屑。
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。
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：
(1)
磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加。 出现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙 度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨 损速度快。
(2)稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳
定状态，磨损率保持不变。标志磨损条 件保持相对稳定，是零件整个寿命范围 内的工作过程。
(3) 剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损
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：
分类 类型
磨料 固定 形态 自由 磨损 固定 磨损
特
征
实例
磨粒自由松散，可以在表面 刮板、输 滑动或滚动，磨粒之间也有 送机溜槽 相对运动。 磨料固定，在磨损表面作相 采煤机截 对滑动，磨料可以是小颗粒，齿、挖掘 也可以是很大的整体颗粒。 机斗齿
疲劳磨损
1.定义：摩擦接触表面在交变接触压应力的作用 下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象。 有两种基本类型，即宏观和微观疲劳磨损。
2. 宏观疲劳磨损：两个相互滚动或滚动兼滑动
的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，材 料疲劳而发生脱落的现象。 ** 如齿轮、滚动轴承。
(1)
破坏形式：表面出现深浅不同的斑状凹坑。
胶
咬 点 研 划 凿
合
死 蚀 磨 伤 削
表面存在明显粘着痕迹和材料转移，有较大粘着坑块，在高速 重载下，大量摩擦热使表面焊合，撕脱后留下片片粘着坑。
黏着坑密集，材料转移严重，摩擦副大量焊合，磨损急剧增加， 摩擦副相对运动受到阻碍或停止。 材料以极细粒状脱落，出现许多“豆斑”状凹坑。 宏观上光滑，高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。 低倍可观察到条条划痕，由磨粒切削或犁沟造成。 存在压坑，间或有粗短划痕，由磨粒冲击表面造成
(c)在非金属夹杂物附近形成裂纹，沿非金
属夹杂物平行于表面扩展。
(d)在滚动及摩擦力的作用下又产生与表面
成一定倾角的二次裂纹，二次裂纹扩展
到表面，另一端则形成悬臂梁。
(e)反复弯曲发生断裂，形成浅层剥落。
（3）深层剥落： 对于表面硬化处理的部件，心部强度低、硬化层深
度不合理或硬度梯度太大等都易造成深层剥落。
表层最大剪应力处，扩展也比较缓慢，比裂 纹萌生阶段长，损伤断口有光泽。
(b)滚动兼滑动摩擦表面：同时存在接触压应
力和剪切应力，摩擦表面容易产生塑性变形 而形成微观裂纹，裂纹起源于表面，萌生阶 段大于扩展阶段，断口比较暗淡。
(c)表面强化处理后：
裂纹往往起源于表面硬化层和基体
的交界处，裂纹扩展先平行于表面，
再垂直或倾斜于表面向外扩展。
损伤形式先为麻点，之后为大块剥 落，类似表层压碎的现象。
3. 微观疲劳磨损：
特征：滑动接触表面由于微凸体相互接触使材料
发生疲劳而引起的机械磨损现象。
来自百度文库
原因：表面材料脱落由载荷脉冲对微凸体的多次
作用造成的。 **当固体表面相互接触时，实际接触点是不连续的， 两表面的微凸体相互碰撞，产生冲击力，使微凸体 受到重复的冲击和变形，致使材料发生疲劳磨损。
4. 疲劳磨损的破坏机理：
(1)麻点剥落：当表面接触应力较小，摩
擦力较大、或表面质量较差，如表面存 在脱碳、烧伤、淬火不足、存在夹杂物 等缺陷时，容易产生麻点剥落。前者原 因在于表面最大综合切应力较高；后者 原因 是材料抗剪切强度低。
1.在最大综合切应力作用下产生塑性变形， 形成裂纹。 2.润滑油挤入，在较高的压力作用下，裂 纹扩展，与滚动方向小于45度倾角。
2.3. 表面破坏方式与机理对应关系
粘着磨损
1 定义:
当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应所形成 结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成 磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此 类磨损称为粘着磨损。
2 粘着磨损机理： 在载荷的作用下，相互接触微凸体承受很 高的压力，首先发生变形，部分地方发生焊 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 过发生转移。如撕断处在焊接的部位，不发 生物质的转移。如撕断处不在焊接的部位， 则发生物质的转移。粘着-剪断-转移-再粘
** 初始裂纹常出现在过渡区，该区切应力不大，
但力学性能较弱，切应力高于材料强度而产生裂 纹。裂纹形成后先平行于表面扩展，即沿过度区 扩展，而后再垂直表面扩展，最后形成较深的剥 落坑。
7.5.疲劳磨损的影响因素 1. 在干摩擦或润滑条件下的宏观应力场 2. 摩擦副材料的机械性质和强度 3. 材料内部缺陷的几何形状和分布密度 4. 润滑剂或介质与摩擦副材料的相互作用
b:材料的互溶性： １相同金属或互溶性大的材料摩擦副易发生 粘着磨损。 ２异种金属或互溶性小的材料摩擦副抗粘着 磨损能力较高。 ３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: 材料的组织结构和表面处理：
--多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力
高。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。
(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。
凹坑小而深的，磨屑呈扇形颗粒，称点蚀凹坑大 而浅的，磨屑呈片状，为剥落
(2)
产生原因：由于表面受循环的接触应力作用，
最大剪应力发生在表面下一定深度处。当该处强 度不足或存在缺陷，则首先发生塑性变形，经应 力循环后，产生疲劳裂纹，并沿最大剪应力方向 扩展到表面，最终导致表面材料脱落。
(a)纯滚动接触表面：裂纹的萌生多发生在次
(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。
三条粘着磨损规律：
1.磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件。
2.磨损量与载荷成正比：适用于有限载荷范围。
3.磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比：
** 实际上，只有相同的金属材料组成摩擦副时，才
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
磨粒介于两摩擦表面之间， 齿轮、滑 并在两表面间滑动 动轴承间
磨料的作用应力低于其压溃 犁铧、输 强度，材料表面被轻微划伤 送机溜槽 磨料与表面接触最大压应力 破碎滚筒 大于磨料的压溃强度 球蘑机球 磨料对表面有高应力冲击运 颚式破碎 动，材料表面被凿削 机齿板
当载荷增大到某一临界值后，粘着磨损量会急 剧增加。
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，分子链位向消失。一般情况 下，温度升高，材料硬度下降，在不考虑其 它因素的作用时，摩擦表面容易产生粘着磨 损。
概述：
1.1定义：摩擦副相对运动时，表面物质不断损失或
产生残余变形的现象。表面物质运动主要包括机械 运动、化学作用和热作用。
(1) 机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表 面的物理变形。 (2) 化学作用使摩擦表面发生性状的改变。
(3) 热作用使摩擦的表面发生形状的改变。
(4) 其他作用造成各种作用的产生。
相 对 硬 度 磨 料 特 性 工 作 环 境
硬料磨损 软料磨损 干磨损 湿料磨损 流体磨损 一般磨损 腐蚀磨损 热料磨损
磨料硬度大于材料硬度 磨料硬度低于材料硬度 磨料是干燥的 磨料含水分，加速磨损 气或液体带磨料冲刷表面 正常条件下的磨料磨损 腐蚀介质中的磨料磨损 高温工作下的磨料磨损
石英-钢材 矿石-钢 球磨机干磨 球磨机湿磨 泥浆泵等 各类机械 化工机械等 沸腾炉等
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。