磨料磨损

5.表面粗糙度
对于软一硬表面组成的摩擦副 ( 如轴承一轴颈 ) ，硬表面粗糙峰起磨料作用的关键因素是凸峰的 尖锐度。
课堂总结： 1.磨料磨损定义 2.产生磨料磨损的情况（3种） 3.磨料磨损过程实质（外力作用） 4.磨料磨损形成磨屑的机理（3种） 5.磨料磨损分类（3种） 6.影响磨料磨损的因素（重点、难点）（5种）
磨料磨损
王勇
知识点总体预览
1.磨料磨损定义 2.产生磨料磨损的情况 3.磨料磨损过程实质 4.磨料磨损形成磨屑的机理 5.磨料磨损分类（按磨损程度） 6.影响磨料磨损的因素（重点、难点）
1.磨料磨损定义
(1)、硬颗粒或硬的表面突起在摩擦过程中引起 固体表面材料脱落的现象，称为磨料磨损。 (2)、磨料磨损是最普遍的一种磨损形式，对采 矿、钻探、建筑、运输与农业等机械的有关零 部件则是主要的磨损形式。 (3)、据统计，工业中磨料磨损造成的损失约占 总磨损损失的 50% 因此，减轻磨料磨损具有头 等重要的经济意义。
(2)、零件材料的物理一机械性能
图3-21示出苏联学者在固定磨料上试验的结果。 磨料是硬度Ha=22900MPa的刚玉砂布。 主要结论是: (1) 工业纯金属与退火 钢的耐磨性与材料的硬 度成正比关系(图3-21 a) (2)经过热处理的钢，其 耐磨性也与硬度成正比 关系。钢中含碳量越高 ，变化斜率也越大，而 交点则表示该钢退火状 态时耐磨性(图 3-21 b).
根据其他试验与该表结果可得以下几点结论。 (1)基体和弥散相硬度在决定耐磨性方面都是重要的。 (2)经碳化物强化的材料，其耐磨性对磨料的粒度很敏感 。表中诸材料对40目粒度燧石的相对耐磨性比对180目粒 度者低得多。
结论的具体解释： (1)基体和弥散相硬度在决定耐磨性方面都是重要的， 例如含3%C, 30%Cr和6 %Mn的铁基表面耐磨堆焊材料对 180 目粒度的燧石有比冷激白口铸铁高很多的耐磨性， 它们的基体硬度相同，但前者的碳化物，约为磨料硬度 的二倍。 (2)经碳化物强化的材料，其耐磨性对磨料的粒度很敏 感。表中诸材料对 40 目粒度燧石的相对耐磨性比对 180 目粒度者低得多。这是因为碳化物颗粒尺寸大到足以阻 碍磨粒压入或当它至少有一个方向的尺分大于磨粒压入 深度时，材料的耐磨性大大提高。
(3)、脆性剥落(脆性材料或塑性很差的材料) 对脆性材料或塑性很差的材料，磨屑则是由表 面接触区材料的脆裂与剥落而形成的。 注：由于工作情况的多样性，实际中可能由几个 磨屑形成机理构成一磨料磨损过程。
5.磨料磨损分类（按磨损程度）
H /H
m
a
6.影响磨料磨损的因素（重点、难点） (1)、材料与磨料的硬度比
(4)、第二种情况可称为三体磨料磨损（图3-19 a) ，其他两种情况属二体磨损(图3-19b).图3-19 产生 磨粒磨损的情况
3.磨料磨损过程实质
磨料磨损过程实质上是在外力作用下表面局部变形 与断裂的过程。硬颗粒在摩擦表面上受两个力的作 用，一个是垂直于表面的力，另一个是平行于表面 的力。垂直力使磨料压入表面，平行力使磨料在金 属表面上做切向运动，引起表面剪切变形、犁皱或 切削。
4.磨料磨损形成磨屑的机理 (1)、微观切削(塑性材料) 磨屑从金属表面的脱落是由于磨料的一次 作用或多次作用的结果，有尖锐棱角的磨 粒(包括硬表面的粗糙峰)被压入表面较深 ，若其运动方向和棱角有利于像刀具一样 切削，则对金属表面产生微观切削作用。
(2)、疲劳破坏（塑性材料）
棱角较圆滑的磨粒压入表面较浅，虽有切向 相对运动，却不能直接切削成屑而倾向于只 把表面犁皱，在犁过的地方形成犁沟，沟内 材料被塑性变形推向沟的两侧，形成堆积隆 起。在磨料的多次作用下，隆起的材料反复 变形、硬化，最终疲劳断裂形成磨屑。
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2.产生磨料磨损的情况 (1) 零件在磨料介质或含有磨料的介质中工作，这 是主要的磨料磨损领域，例如犁耙、掘土机铲齿、 钻探机钻头、破碎机与球磨机的衬板等。水轮机叶 片与船舶螺旋桨受水中泥砂的侵蚀也属于磨料磨损 (2)外来硬颗粒在两摩擦表面之间运动所造成的。外 界磨料可以是空气环境中的尘土，也可以是因其他 磨损形式脱落下来的磨屑。 (3)摩擦副中硬表面的粗糙峰对软表面起磨料作 用。
注：物理学定义为物料的粒度或粗细度，一般定义是指筛网在1英寸内的 孔数
3.磨料特性
磨料磨损除受磨料的硬度影响外，还受磨 料的强度、尺寸、尖锐度与数量等的影响。 一般，磨料磨损随磨料的数量、尺寸和尖 锐度的增大而增加。但磨料尺寸达到一定值后 ，磨损量不再随磨料大小变化
4.冲击磨料的磨损 含有硬固体颗粒的流体冲击固体表面，表面受 到硬颗粒的破坏，也属磨料磨损。磨损率除与被 磨材料的物理一机械性能及磨料特性有关外，还 与颗粒的速度及速度方向与固体表面间的倾角(冲 击角)有关。
硬度相同时，钢的耐磨性Biblioteka Baidu含碳量和碳化物生 成元素含量的增加而提高。在含碳量小于1%的范 围内，钢的耐磨性随含碳量的增加而迅速提高，大 致在含碳量为0 . 8~ 1% 时最佳，含碳量再增加，则 耐磨性增加不大。这对低应力擦伤性及凿削性磨料 磨损都是适用的。含碳量相同，显微组织不同的耐 磨性也不同，其中以马氏体钢和大块碳化物具有最 高的耐磨性(对于受冲击载荷时，则以碳化物细粒 均匀弥散于基体为最佳)。 对于多相异质材料，材料组织中含有与基体性 能差别很大的弥散相时，这种材料的耐磨性也不能 单独用基体硬度来表征。钢铁中最常有的碳化物如 Fe3C和(Fe, Cr) 7C3等的硬度比基体硬度高得多， 1975年Moore发表了这方面的试验结果
实验表明任何金属的 磨料磨损取决于金属 硬度Hm与磨料硬度 Ha的比值。(以结构 钢磨损为例)
工程中会遇到各种矿物，每种矿物都具有其特征 硬度。图3-20示出矿物硬度对不同硬度金属材料的磨 损率的关系。大量实验证明。任何金属的磨料磨损取 决于金属硬度 Hm 与磨料硬度 Ha 的比值。磨损率按相 对硬度可以分为三个区域 ( 以图中结构钢的磨损曲线 为例) 基本上，当Hm/Ha >0 . 8时金属的磨损率迅速下降， 达Hm/Ha=1.30时磨损率已很小。硬度比再大，对磨损 率的降低效果已不显著。