磨损的计算方法演示课件

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为了解释磨损现象的共同本质，人们提出厂各 种各样的新理论。例如，磨损的剥层理论、磨损的 疲劳理论、磨损的能量理论、磨损的分子理论和磨 损的热波动强度理论等等。本文只对前三种理论进 行简要介绍。 —、磨损的剥层理论
磨损的剥层理论是美国麻省理工学院的教授苏 (N．P．suh)于1973年建立的。这一新理论是以金 属的位错理论为基础的，它分析了亚表层金属的塑 性变形与断裂行为。
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经测试现，磨屑的显微硬度比两摩擦表面高 许多。同时还用电子衍射法研究了 20℃时在空气 中形成的磨屑，实验是在销一环试验机上进行的， 法向载荷 Fn=62N、滑动速度 Vc＝0.44m/s、滑动 距离L＝1000m。经分析得知， 45钢的磨屑是由 ɑ 一Fe、ɑ一Fe2O3 、γ—Fe2O3和γ—Fe2O3. *H2O四种相组成的。另外，对磨屑的分析观察发 现，它具有两个区域，一是亮区，在该区发现有 球状碳化物聚集，其显微硬度很高，亮区又称为 白层组织；另一是暗区，此区呈涡流状组织，这 说明其塑性变形相当严重，在这个区域内、球状 碳化物很少，其显微硬度较亮区低。
另外，硬微凸体在平面上施加的曳引力使表 面产生周期性的塑性变形和位错运动，并且使变 形和位错不断积累。
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2 ．当亚表层继续变形时，在位错堆积的应力 作用下，裂纹和空穴便在亚表层形成核心，形成 裂纹的深度与材料的性能和受载情况有关。图 5— 13是钢领跑道上亚表层所产生的裂纹。

3．当继续施加载荷时，金属产生进一步的塑 性剪切变形，而使裂纹之间以及裂纹与空穴之间 相互连接与汇合，于是裂纹在接近表面的平行方 向扩展，当扩展到临界长度时．裂纹与表面之间 的材料被剪断，因而形成了薄而长的磨损碎片。
在低速滑动下实验的结果与上述理论基本一 致，它能从微观角度解释诸如粘着磨损、疲劳磨 损和微动腐蚀磨损的许多现象，但不能解释在高 速下的磨损现象。
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二、磨损的疲劳理论 表面疲劳是由循环变应力作用引起的一种破
坏形式。当应力幅小于材料的弹性极限时，即在 弹性接触条下，达到其疲劳破坏的循环次数一般 要超过 106；如果应力大于材料的弹性极限，即在 塑性接触条件下，其应力循环次数只需几次或十 几次即可发生破坏，因此，这种破坏常称为低循 环疲劳破坏。
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摩擦副运动时要产生摩擦力，而摩擦力是由各种外部 条件(如法向载荷、滑动速度以及热过程等)参与到相互接触 的元素(如表面微凸体、亚表层和介质等)中去，并不断相互 作用而引起的。
输入到摩擦副的能量一定大于它输出的能量，其差值 即是摩擦所消耗的能量。对金属材料而言，摩擦力所作功 的主要部分消耗在塑性变形上，并以热的形式散失。而摩 擦功的一小部分(约占总摩擦功的9~16％)则以潜在内能的 形式积蓄在材料中，它表现为结晶的位错。为了使磨屑与 基体材料分离，必须在材料的一定体积内积累足够的内能。 当能量达到临界值时，该体积内的材料即发生塑性流动或 形成裂纹，此时内能减少，经过多次这样的临界循环作用 之后，当积储的能量超过材料结合键的能量时，于是表面 产生破坏，磨屑脱落，形成磨损。
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该理论不仅适用于疲劳磨损，而且也可以用来 分析磨料磨损和粘着磨损。另外，这种理论不仅可 以应用于金属材料，而且还可以应用于某些非金属 材料(如石墨、橡胶等 )。
三、磨损的能量理论 磨损的能量理论首先是由弗利舍 (G．Fleisher)
提出来的。他认为能量的转化是产生磨损的主要原 因，磨损现象与材料的断裂能量之间有一定的关系。
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磨损计算方法的背景
但是，由于影响磨损的因素非常多，所以磨 损的计算也是相当复杂的。各国的摩擦学专家曾 提出过很多计算方法用来计算各种类型的磨损和 一些计算方法还未能达到实用阶段，因此，仍需 努力深入研究，加以完善。本节将简要地介绍磨 损的IBM计算法、两个配合“联接”体的磨损计 算法和两种主要磨损类型的计算法，以便深入理 解磨损的本质。
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该理论叙述了导致薄而长的片状磨屑形成的过 程，其要点如下：
1 ．当接触的两表面滑动时，法向力和切向力 是经接触点的粘着与犁沟作用传递的。较软表面 上的微凸体容易产生塑性变形或被磨去，结果形 成了比较光滑的表面。此时的接触情况变成了硬 的凸峰与较软平面的接触，于是前者在后者上面 犁沟并使平面上每一接触点都经受着循环载荷。
磨损的计算方法
参考教材：<<摩擦磨损与抗磨技术>> 张剑锋 周志方
someone 2012.3.13
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目录 当代磨损理论简述
磨损计算方法 减少磨损与防止磨损的方法
The end
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第一节 当代磨损理论简述
近些年来，许多工业化国家非常重视对磨损 产物的研究，特别是从微观的角度进行了深入细 致的研究。这是因为，要真正了解磨损的过程， 并进一步研究磨损的机理，就必须弄清楚磨屑是 怎样形成的；其尺寸、形状和机械性能等与磨损 过程和磨损状态究竟有什么关系。为此，人们首 先通过扫描电子显微镜等现代化研究手段对磨屑 进行了观察，发现磨屑的形状有片状、卷曲状、 贝壳状和球状四类。此外，还研究了磨屑的显微 硬度、相组成和组织。
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苏联的克拉盖尔斯基是提出磨损疲劳理论最 早的学者。他的理论为：
1．由于实际表面存在着粗极度，当二表面相 互作用时，其接触是不连续的，各接触点之和组 成了其实际接触面积；
2．两表面在法向力作用下，实际接触点上便 会产生局部应力和局部变形；
3．当两表面产生相对滑动时，由于摩擦力的 作用，接触区表面材料的性能将发生变化；与此 同时，表层材料的固定体积会受到交变应力的多 次重复作用，因而使之受到积累损伤，结果导致 微观体积内产生疲劳裂纹，最后裂纹扩展，汇合 形成磨屑而脱落。
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磨屑形成过程所消耗的能量称为断裂能量。事 实上它只占全部吸收能量的百分之几。
用此理论可以分析磨料磨损和腐蚀磨损。
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第二节 磨损计算方法
磨损计算方法的背景
近十年来，在大量和成批生产的条件下， 机器和设备的能量不断增长，适合于极端 条件的新工艺过程不断涌现。因此，会设 计经久耐用的机器具有特别重要的意义。 在分析了机器和机构的损坏原因后可知， 损坏中有75%是由摩擦副的磨损引起的。 因此，提高机器的耐磨性是延长其寿命的 主要潜力。不建立工程用的磨损计算方法， 就不可能延长相互摩擦的机器零件的寿命。