3-材料磨损与耐磨材料(第2章课件)3
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§2.2 固体表面表征方法
➢ §2.2.4 轮廓支承面曲线 它表示表面轮廓上各微凸体沿高度分布
的情况，也可以反映出摩擦表面磨损到某一 定程度时，支承面积大小。表面上微凸体的 高度分布—支承面曲线如图所示：
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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§2.2 固体表面表征方法
第一篇 材料磨损基础
➢Chapter 1: 材料的磨损 ➢Chapter 2: 固体表面结构与接触特性 ➢Chapter 3: 材料的磨损机理
1
Chapter 2: 固体表面结构与接触特性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
6
§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.
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
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§2.2 固体表面的表征方法·
§2.2.1 轮廓算术平均偏差Ra
如下图所示是在取样长度l内，被测轮廓上 各点轮廓中心线m-m的距离(y1，y2，…，yn)绝 对值总和的算术平均值。
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§2.2 固体表面表征方法
激光共焦扫描显微镜
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特 性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
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§2.3 物体接触与实际接触面积
➢ §2.3.1 物体摩擦表面接触特点 对于所有固体的真实表面都是凹凸不平的，
➢ 取 平(1样 均)轮长 值廓度，微如l内观图轮不所廓平示在度。中的p线平mmi均为-m含间上有距间一Sm距个，p它轮mi是的廓指算蜂在术和 相邻轮廓谷的一段中线长度。反映表面峰、谷 轮廓的斜度。
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§2.2 固体表面表征方法
➢ (2)轮廓单峰平均间距S，它是指在取样长度l内 轮 映廓 表的 面单单峰峰间出距现的Pi的频平率均。值，见下图所示。反
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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课内题： 请画出轮廓支承面曲线，并说明摩擦表面特征
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§2.2 固体表面表征方法
➢ NOTE：上述表征固体表面形貌的参数只能反映 被测表面某一截面上的形貌。为了反映固体表 面上某一区域的全部形貌，近年来开始研究表 面的三维形貌，即在x、y表面上描绘出形貌轮 廓后，再使被侧表面相对于轮廓仪测头在z轴 方向移动一个微小的距离，然后再测出一条表 面轮廓线，这样就可以得到由一组间隔很密的 轮廓线组成的三维形貌图，如下图所示：
其数学表达式为：
或
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§2.2 固体表面表征方法
➢§2.2.2 微观不平度十点平均高度Rz
它是指在取样长度l内5个最大的轮廓峰高 (绝对值）的平均值和5个最大轮廓谷深（绝对 值）的平均值之和，如下图所示：
其数学表达式：
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§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：
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§2.1 固体表面来自百度文库几何形貌
➢ (2)表面波纹度：零件表面周期性重复出现的 一种几何形状误差。波纹度有两个重要参数， 即波高和波距。波高Hb表示波峰和波谷间的高 度差，波距Lb表示相邻两波形对应点的间距， 如图所示。波纹度的变化会影响零件的实际支 承表面的面积，从而影响磨损。
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ 所有这些都造成零件的实际表面与理想的绝 对光滑的、平整的表面存在有一定的几何形 状的误差，如下图所示。这种形状误差可分 为三类：
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ (1)宏观几何形状误差：即表面形状误差。对 于平面，用不直度和不平度表示，对于圆柱 面，用不圆度，椭圆度、不圆柱度等表示， 如图所示，△表示形状误差。
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§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：
1.轮廓微观不平度的平均间距Sm； 2.轮廓单峰平均间距S
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§2.2 固体表面表征方法
轮廓支撑面曲线可用作图法求得，它是在取样 长度l内，作任一平行于中线m-m的线与轮廓相 截后得到的各段截线长度之和与取样长度l之比。 即：
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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§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。
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ 不仅是金属，凡是固体其表面形貌都很复 杂。这是因为任何机器零件的表面都要留 下其加工制造工艺过程所产生的痕迹。如 铸件表面，金属在铸型中凝固时留下的粗 糙的表面；锻压件表面留下金属成型过程 中压力加工的表面；机械加工零件表面留 下的机加工刀痕，切屑分离时的塑性变形 等。
当两个凹凸不平的固体表面相接触时，并不 是整个表面都接触，只是凸起的微峰之间形 成接触点，当两者的距离足够近，会产生原 子的作用力。接触点以外区域表面间的原子 不存在作用力，因为两表面是被完全隔开。 这种接触具有不连续性和不均匀性。见下图 所示：
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§2.3 物体接触与实际接触面积
接触面积可分三种： 名义接触面积：由物体表面接触的外部尺寸决定， 以An表示，An＝a x b
§2.2 固体表面表征方法
➢ §2.2.4 轮廓支承面曲线 它表示表面轮廓上各微凸体沿高度分布
的情况，也可以反映出摩擦表面磨损到某一 定程度时，支承面积大小。表面上微凸体的 高度分布—支承面曲线如图所示：
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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§2.2 固体表面表征方法
第一篇 材料磨损基础
➢Chapter 1: 材料的磨损 ➢Chapter 2: 固体表面结构与接触特性 ➢Chapter 3: 材料的磨损机理
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§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.
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
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§2.2 固体表面的表征方法·
§2.2.1 轮廓算术平均偏差Ra
如下图所示是在取样长度l内，被测轮廓上 各点轮廓中心线m-m的距离(y1，y2，…，yn)绝 对值总和的算术平均值。
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§2.2 固体表面表征方法
激光共焦扫描显微镜
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特 性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
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§2.3 物体接触与实际接触面积
➢ §2.3.1 物体摩擦表面接触特点 对于所有固体的真实表面都是凹凸不平的，
➢ 取 平(1样 均)轮长 值廓度，微如l内观图轮不所廓平示在度。中的p线平mmi均为-m含间上有距间一Sm距个，p它轮mi是的廓指算蜂在术和 相邻轮廓谷的一段中线长度。反映表面峰、谷 轮廓的斜度。
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§2.2 固体表面表征方法
➢ (2)轮廓单峰平均间距S，它是指在取样长度l内 轮 映廓 表的 面单单峰峰间出距现的Pi的频平率均。值，见下图所示。反
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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课内题： 请画出轮廓支承面曲线，并说明摩擦表面特征
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§2.2 固体表面表征方法
➢ NOTE：上述表征固体表面形貌的参数只能反映 被测表面某一截面上的形貌。为了反映固体表 面上某一区域的全部形貌，近年来开始研究表 面的三维形貌，即在x、y表面上描绘出形貌轮 廓后，再使被侧表面相对于轮廓仪测头在z轴 方向移动一个微小的距离，然后再测出一条表 面轮廓线，这样就可以得到由一组间隔很密的 轮廓线组成的三维形貌图，如下图所示：
其数学表达式为：
或
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§2.2 固体表面表征方法
➢§2.2.2 微观不平度十点平均高度Rz
它是指在取样长度l内5个最大的轮廓峰高 (绝对值）的平均值和5个最大轮廓谷深（绝对 值）的平均值之和，如下图所示：
其数学表达式：
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§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：
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§2.1 固体表面来自百度文库几何形貌
➢ (2)表面波纹度：零件表面周期性重复出现的 一种几何形状误差。波纹度有两个重要参数， 即波高和波距。波高Hb表示波峰和波谷间的高 度差，波距Lb表示相邻两波形对应点的间距， 如图所示。波纹度的变化会影响零件的实际支 承表面的面积，从而影响磨损。
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ 所有这些都造成零件的实际表面与理想的绝 对光滑的、平整的表面存在有一定的几何形 状的误差，如下图所示。这种形状误差可分 为三类：
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ (1)宏观几何形状误差：即表面形状误差。对 于平面，用不直度和不平度表示，对于圆柱 面，用不圆度，椭圆度、不圆柱度等表示， 如图所示，△表示形状误差。
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§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：
1.轮廓微观不平度的平均间距Sm； 2.轮廓单峰平均间距S
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§2.2 固体表面表征方法
轮廓支撑面曲线可用作图法求得，它是在取样 长度l内，作任一平行于中线m-m的线与轮廓相 截后得到的各段截线长度之和与取样长度l之比。 即：
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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§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。
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ 不仅是金属，凡是固体其表面形貌都很复 杂。这是因为任何机器零件的表面都要留 下其加工制造工艺过程所产生的痕迹。如 铸件表面，金属在铸型中凝固时留下的粗 糙的表面；锻压件表面留下金属成型过程 中压力加工的表面；机械加工零件表面留 下的机加工刀痕，切屑分离时的塑性变形 等。
当两个凹凸不平的固体表面相接触时，并不 是整个表面都接触，只是凸起的微峰之间形 成接触点，当两者的距离足够近，会产生原 子的作用力。接触点以外区域表面间的原子 不存在作用力，因为两表面是被完全隔开。 这种接触具有不连续性和不均匀性。见下图 所示：
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§2.3 物体接触与实际接触面积
接触面积可分三种： 名义接触面积：由物体表面接触的外部尺寸决定， 以An表示，An＝a x b