第八章 材料的摩擦与磨损性能
摩擦磨损
摩擦磨损3.1概论3.2摩擦的基本理论3.3磨损的定义与类型3.4磨料磨损3.5粘着磨损3.6疲劳磨损3.7腐蚀磨损3.8微动磨损摩擦学的定义是研究作相对运动的相互作用表面及有关理论和实践的科学技术。
摩擦学包括摩擦、磨损和润滑三个分支，本章主要介绍摩擦和磨损。
摩擦与磨损是材料失效的三种主要形式（磨损、腐蚀和断裂）之一。
由于摩擦磨损是在相互接触和相对运动的固体表面进行的，因此接触体表面及其性能对摩擦磨损性能十分重要。
大量研究结果表面，摩擦副材料表面采用某种表面技术处理后，可使材料的摩擦磨损性能有显著的改善，可见表面工程与摩擦磨损之间的密切关系。
3.2.1 摩擦的定义和分类：当两个相互接触的物体在外力作用下产生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面间产生的切向运动阻力称为摩擦力，这个阻力与运动方向相平行，这种现象称之为摩擦。
1按摩擦副的运动状态分类：静摩擦—物体沿另一物体表面有相对运动趋势时产生的摩擦称为静摩擦。
动摩擦—物体沿另一物体表面相对运动时产生的摩擦称为动摩擦。
2 按摩擦副的运动形式分类滑动摩擦—物体接触表面相对滑动时产生的摩擦称为滑动摩擦。
滚动摩擦—在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时产生的摩擦称为滚动摩擦。
3 按摩擦副表面的润滑状况分类纯净摩擦—摩擦表面没有任何吸附膜或化合物时产生的摩擦称为纯净摩擦干摩擦（无润滑摩擦）—在大气条件下，摩擦表面间名义上没有润滑剂存在时产生的摩擦称为干摩擦，或无润滑摩擦。
流体摩擦—相对运动的两物体表面完全被流体隔开时产生的摩擦称为流体摩擦。
当流体为液体时称为液体摩擦，流体为气体时称为气体摩擦。
流体摩擦时摩擦发生在流体内部。
边界摩擦—介于干摩擦和流体（润滑）摩擦之间的一种摩擦形式，摩擦表面间存在着一层极薄的润滑膜，这层润滑膜的存在使得边界摩擦较之干摩擦状态有很大改善。
但还不足以将两摩擦表面完全分隔开。
3.2.2 古典摩擦定律摩擦第一定律，摩擦力与两接触体之间的表观接触面积无关。
材料的磨损与摩擦性能评价
材料的磨损与摩擦性能评价磨损和摩擦性能评价是材料工程领域中非常重要的研究方向之一。
磨损是指材料表面因摩擦或其他力的作用而逐渐减少或丧失的现象，而摩擦性能则是指材料在与其他物体接触时，所表现出的摩擦特性。
本文将探讨材料磨损和摩擦性能评价的方法和意义。
一、磨损评价方法材料的磨损评价方法多种多样，下面将介绍其中几种常用的方法。
1. 质量损失法质量损失法是一种直接测量材料质量变化的方法。
在实验中，首先测量材料的初始质量，然后通过与其他材料或固体表面进行摩擦，再次测量质量，并计算质量损失。
这种方法的优势在于直接、简便，能够准确反映材料的磨损程度。
2. 磨损剖面观察法磨损剖面观察法是通过对材料磨损表面进行显微镜等观察，来评价磨损程度的方法。
这种方法能够直观地观察到材料的磨损特征，如磨痕的长度、宽度和深度等，从而对磨损机制进行分析和评价。
3. 磨损体积法磨损体积法是通过测量磨损表面的体积来评价磨损程度的方法。
实验中，将磨损前后的材料表面进行三维扫描，并分析扫描数据，计算磨损体积。
与质量损失法相比，磨损体积法更能准确地描述磨损的形状，为磨损机理的研究提供更多数据。
二、摩擦性能评价方法材料的摩擦性能评价方法多种多样，下面将介绍其中几种常用的方法。
1. 摩擦系数法摩擦系数法是一种通过测量材料在与其他材料或固体表面接触时的摩擦系数来评价摩擦性能的方法。
实验中，通过施加一定的力，使被试材料与摩擦体进行接触，并测量摩擦力和正压力，从而计算摩擦系数。
这种方法能够客观地反映材料在摩擦过程中的性能。
2. 表面形貌观察法表面形貌观察法是通过对材料表面形貌进行观察和分析，来评价摩擦性能的方法。
这种方法可以使用扫描电子显微镜等设备对材料表面进行观察，并分析表面的粗糙度、摩擦痕迹等特征，以评估材料的摩擦性能。
3. 摩擦磨损试验法摩擦磨损试验法是通过在实验条件下模拟材料的实际工作环境，测量和评价材料的摩擦性能。
这种方法可以模拟不同的工作条件，如不同的载荷、速度和温度等，从而更真实地反映材料的摩擦特性和磨损机制。
第八章 木材的力学性质
ε = l (cm / cm)
δ
简单应力中， 简单应力中，当压力方向平行于纹理作用于 短柱上时，则产生顺纹压应力 顺纹压应力。 短柱上时，则产生顺纹压应力。当在同一直线上 两个方向相反， 两个方向相反，平行于木材纹理的外力作用于木 材时，则产生顺纹拉伸应力 顺纹拉伸应力。 材时，则产生顺纹拉伸应力。当平行于木材纹理 的外力作用于木材， 的外力作用于木材，欲使其一部分与他它由内在 联结的另一部分相脱离，会产生顺纹剪应力 顺纹剪应力。 联结的另一部分相脱离，会产生顺纹剪应力。当 作用力与木材纹理相垂直时，木材上则会产生横 作用力与木材纹理相垂直时，木材上则会产生横 纹的压、拉、剪应力或剪断应力。横纹应力又有 纹的压、 剪应力或剪断应力。 径向和弦向之分。 径向和弦向之分。同一木材受力的性质和方向不 应力和应变值亦各不相同。 同，应力和应变值亦各不相同。 一、基本概念 （一）弹性和塑性 1.弹性 弹性(elasticity)— 物体在卸除发生变形的载荷后， 物体在卸除发生变形的载荷后， 弹性 恢复其原有形状、尺寸或位置的能力。 恢复其原有形状、尺寸或位置的能力。 2.塑性 塑性(plasticity)— 物体在外力作用下，当应变增长 物体在外力作用下， 塑性 的速度大于应力增长的速度， 的速度大于应力增长的速度，外力消失后木材产 生的永久残留变形部分，即为塑性变形， 生的永久残留变形部分，即为塑性变形，木材的 这一性质称塑性。 这一性质称塑性。
第八章 木材的力学性质
(The Mechanical Properties of Wood)
木材抵抗外部机械力作用的能力称木材的力学 性质。木材的力学性质包括弹性、粘弹性、硬度、 性质。木材的力学性质包括弹性、粘弹性、硬度、 韧性、各类强度和工艺性质等。 韧性、各类强度和工艺性质等。 第一节 木材力学性质的基本概念 （fundamental concept of woody mechanical properties） ） 1.应力 应力(stress)：材料在外力作用下，单位面积上 应力 ：材料在外力作用下， 所产生的内力。 所产生的内力。
第八章摩擦轮传动
n2 R1(1 )
三、圆锥摩擦轮传动 两轮锥面相切，可传递
两相交轴之间的运动。
当两圆锥角1＋290
时，其传动比为：
i n1 1 sin 2 n2 1 sin 1
当两圆锥角1＋2 = 90
时，其传动比为：iFra bibliotekn1 n2
1
1
sin 2 sin(90 0 2 )
tan 2 1
摩擦轮传动时，可能发生弹性滑动，打滑和几何 滑动等不同的现象，其中弹性滑动是运转过程中不可 避免的，几何滑动则是由传动装置本身的结构特点所 决定的，而打滑除了在起动、停车、变速等特殊情况 下短暂时间发生外，正常工作时必须要避免。
三、传动比 弹性滑动现象将造成从动轮的速度损失、传动比
不准确，其中的速度损失程度采用滑动率来表示：
一、圆柱摩擦轮传动的失效形式
1、打滑
2、表面点蚀
3、表面磨损 二、摩擦轮传动的计算
计算公式见表8—2。
第六节 摩擦无级变速器简介
一、摩擦无级变速原理
如图所示，当主动轮1以转速n1回转时，靠摩擦力的作 用带动从动轮2以转速n2回转。在节点p处，两轮的圆 周速度相等，故其传动比i12=n1/n2=r2/ r1。如果主动轮 沿着O1-O1轴改变自己的位 置，也就改变了从动轮的工
分外切和 内切两种。 传动比：
i n1 R2
n2 R1(1 )
主、从动轮的转向相反或相同。此种结构形式简 单，制造容易，但所需压紧力较大，宜用于小功率传 动的场合。
二、圆柱槽摩擦轮传动
其特点是带有2 角度的槽，
侧面接触。因此，在同样压紧力 的条件下，可以增大切向摩擦力， 提高传动功率。但易发热与磨损， 传动效率较低，并且对加工和安 装要求较高。该传动适用于铰车 驱动装置等机械中。
材料性能学课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。
力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。
物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。
通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。
在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。
二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。
2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。
3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。
三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。
热处理工艺对金属陶瓷材料的摩擦磨损性能和抗磨损性的调控
热处理工艺对金属陶瓷材料的摩擦磨损性能和抗磨损性的调控热处理工艺对金属陶瓷材料的摩擦磨损性能和抗磨损性的调控摩擦和磨损是金属陶瓷材料在实际应用中不可避免的问题。
为了提高金属陶瓷材料的摩擦磨损性能和抗磨损性，热处理工艺是一种有效的手段。
通过热处理，可以改变材料的组织结构和性质，从而对其摩擦磨损性能和抗磨损性进行调控。
热处理工艺主要包括退火、淬火和回火等步骤。
退火是通过将金属陶瓷材料加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却，使其组织结构发生变化，从而改善其摩擦磨损性能和抗磨损性。
通过退火处理，材料的晶粒尺寸得以增大，晶界和晶内的析出相也得到经过改善，从而提高材料的硬度、强度和韧性，使其具有更好的耐磨性。
淬火是将金属陶瓷材料加热到一定温度，然后迅速冷却，使其组织结构发生相变，从而提高材料的摩擦磨损性能和抗磨损性。
通过淬火处理，材料的组织结构由粗大的晶粒转变为细小而均匀的马氏体，增加了材料的硬度和强度。
此外，淬火还能通过消除材料内部的应力和变质组织等缺陷，提高材料的耐磨性和抗磨损性。
回火是在淬火后，将金属陶瓷材料再次加热到一定温度，保温一段时间后进行冷却，以调控其摩擦磨损性能和抗磨损性。
回火可以减轻淬火带来的脆性和应力集中现象，并使材料恢复原有的韧性和延展性。
通过合理的回火工艺，可以使金属陶瓷材料达到最佳的摩擦磨损性能和抗磨损性。
需要注意的是，热处理工艺对金属陶瓷材料的调控需要综合考虑材料的组成、制备工艺和使用环境等因素。
不同的金属陶瓷材料具有不同的组织结构和性质，对热处理工艺的响应也有差异。
因此，在进行热处理之前，需要对材料进行详细的分析和测试，制定相应的热处理工艺。
总之，热处理工艺是调控金属陶瓷材料摩擦磨损性能和抗磨损性的重要手段。
通过退火、淬火、回火等工艺的组合应用，可以调整金属陶瓷材料的组织结构和性质，从而实现对其摩擦磨损性能和抗磨损性的精确调控。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的热处理工艺，以获得最佳的摩擦磨损性能和抗磨损性。
材料的耐磨和摩擦学
材料的耐磨和摩擦学材料的耐磨性和摩擦学是研究物质表面和界面的摩擦、磨损和润滑行为的重要科学领域。
在工程和科学领域中，我们经常面对材料在摩擦和磨损环境下的性能要求。
因此，了解材料的耐磨性及其与摩擦学之间的关系对于开发新材料、改进工程设计以及提高设备和产品的寿命至关重要。
一、耐磨性的定义和测试方法耐磨性是指材料在受到摩擦和磨损作用时能够维持其功能性能的能力。
不同材料因其组成和结构的不同，其耐磨性也会有显著差异。
衡量耐磨性主要通过磨损测试来进行，常用的测试方法包括滑动磨损试验、磨料磨损试验以及交互磨损试验等。
这些试验方法能够模拟不同工况下的摩擦和磨损行为，以评估材料的耐磨性能。
二、摩擦学的基本原理摩擦学是研究物体之间相对运动时所产生的摩擦力和摩擦现象的学问。
摩擦力是指两个物体相对运动时产生的抵抗运动的力，其大小受到材料表面性质、载荷、速度等多种因素的影响。
摩擦学的基本原理可以通过考虑材料之间的接触、摩擦和变形来解释。
表面粗糙度、润滑、界面接触的方式以及材料的硬度等因素都会对摩擦行为产生影响。
三、影响耐磨性的因素耐磨性能的好坏受到很多因素的影响，包括材料的硬度、表面粗糙度、润滑状况、载荷、温度等。
硬度是衡量材料耐磨性的重要参数，材料的硬度越高，其抗磨损性能通常也越好。
表面粗糙度对于摩擦行为和磨损的影响也非常显著，较光滑的表面能够减少材料之间的物理接触，从而减少摩擦力和磨损。
此外，润滑剂的使用和界面的润滑状态也会对材料的耐磨性能产生显著影响。
四、改善耐磨性的方法针对不同材料和工况，我们可以采取一些措施来改善材料的耐磨性能。
首先，可以通过选择合适的材料来满足特定的摩擦和磨损要求。
例如，在需要高耐磨性的装备部件中，常使用硬度高、耐磨性好的材料如陶瓷、金属基复合材料等。
其次，可以通过调整材料的表面粗糙度、润滑剂的选择以及改变载荷和温度等来改善材料的耐磨性能。
此外，利用表面涂层和热处理等方法也可以提高材料的耐磨性能。
《摩擦磨损试验》课件
目录 CONTENTS
• 摩擦磨损试验概述 • 摩擦磨损试验的种类 • 摩擦磨损试验的设备与材料 • 摩擦磨损试验的结果分析 • 摩擦磨损试验的应用 • 摩擦磨损试验的发展趋势与展望
01
摩擦磨损试验概述
摩擦磨损试验的定义
摩擦磨损试验
通过模拟实际工况，对材料或零件进行摩擦和磨 损性能测试的方法。
摩擦系数的确定
摩擦系数的测量
通过测量试样与对磨材料在一定压力 和速度下的摩擦力与正压力之比得到 摩擦系数。
摩擦系数的确定
根据测量的摩擦力与正压力之比，可 以得到摩擦系数随时间的变化曲线， 从而分析摩擦系数的变化规律。
表面形貌的分析
表面形貌的观察
通过光学显微镜、扫描电子显微镜等手 段观察试样表面在摩擦过程中的形貌变 化。
摩擦磨损试验可以研究材料的摩擦学 行为，揭示其摩擦磨损机制，为新型 耐磨材料的研发和应用提供理论支持 。
在石油化工中的应用
石油化工设备常常需要在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下工作，其摩擦磨损性能对生产安全和经济效 益具有重要影响。
摩擦磨损试验可以研究石油化工设备的摩擦磨损机理，为其材料选择、设计和优化提供依据，提高设 备的安全性和可靠性。
开展多学科交叉研究
探索微观摩擦磨损机制
利用先进的微观观测手段，深入探索摩擦磨损的微 观机制，为新型试验技术的发展提供理论支持。
结合材料科学、物理学、化学等多学科知识 ，开发新型的摩擦磨损试验技术与方法。
开发智能化试验系统
结合人工智能和机器学习技术，开发能够自 动识别、预测摩擦磨损行为的智能化试验系 统。
复合摩擦磨损试验
总结词
同时模拟滑动和滚动摩擦以及不同润滑条件下的摩擦和磨损行为。
纳米涂层材料的摩擦磨损性能研究
纳米涂层材料的摩擦磨损性能研究摩擦磨损是各种工程装置以及机械设备在运行过程中难以避免的现象。
为了保证机械设备的长期运行和降低维护成本，研究人员一直致力于开发新型涂层材料，以提高材料的摩擦磨损性能。
而纳米涂层材料由于其独特的性能和结构，成为当前研究的热点之一。
纳米涂层材料是指厚度在纳米量级的涂层材料，其粒子的粒径通常小于100纳米。
相比传统的涂层材料，纳米涂层材料具有更高的硬度和更好的耐磨性，这使得它们在摩擦磨损场合中表现出色。
首先，纳米涂层材料具有很强的硬度和刚性。
纳米颗粒的小尺寸和高比表面积使得纳米涂层材料具有优异的力学性能。
在摩擦磨损过程中，纳米涂层的硬度可以对抗外界应力，阻止材料表面的微观塑性变形，从而减少摩擦磨损。
此外，由于纳米涂层具有较高的刚性，其表面形貌变化较小，摩擦系数也相对较低。
其次，纳米涂层材料具有优异的润滑性能。
纳米颗粒的细小尺寸使得纳米涂层在其表面形成了较为光滑的纳米结构。
这种微观结构可以存储大量的润滑油，形成有效的润滑膜，减少表面间的直接接触，从而降低了摩擦磨损。
另外，纳米涂层具有较高的分散性，能够在喷涂或者电化学沉积过程中均匀地分布在基材表面，提高涂层的光滑度和润滑性。
第三，纳米涂层材料具有优异的耐磨性。
纳米涂层的微观结构可以有效地阻碍摩擦磨损粒子的运动，并且降低表面的摩擦热量和机械破坏。
此外，纳米涂层的高硬度和刚性也能够抵抗外界物理和化学侵蚀，提高涂层的使用寿命和稳定性。
纳米涂层材料的研究和应用涵盖了广泛的领域，如汽车工业、航空航天、电子设备等。
以汽车工业为例，纳米涂层材料可以应用在发动机缸套、活塞环以及传动装置等关键部件上，提高汽车发动机的效能和寿命，降低能源消耗和环境污染。
在航空航天领域，纳米涂层材料能够提高飞机发动机的涡轮叶片耐腐蚀性和耐磨性，延长其使用寿命，同时减少维护和更换的频率。
然而，纳米涂层材料的研究和应用还面临一些挑战。
首先，纳米涂层的制备工艺和涂层厚度的控制较为复杂，因此需要在制备过程中精确控制实验条件，以获得具有高质量和充分性能的纳米涂层。
材料力学性能教学课件材料的摩擦与磨损性能
结论及展望
通过对材料的摩擦与磨损性能的深入研究，可以为材料的选择和应用提供科学依据，进一步提高材料的性能和可靠 性。
金属材料
金属材料通常具有较高的摩擦系数，但也可以通过表面处理和润滑来减少磨损。
聚合物材料
聚合物材料具有较低的摩擦系数，但其耐磨性能相对较差。
陶瓷材料
陶瓷材料通常具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性能，但也容易产生表面粉化。
影响摩擦与磨损的因素
1 接触压力
增加接触压力会增加摩擦力和磨损。
3 温度
高温环境下摩擦和磨损会加剧。
2 表面粗糙度
粗糙表面会增加摩擦力和磨损。
摩擦与磨损的测试方法
1
磨损实验
2
使用特定装置和试样进行磨损实验，以获得
材料的磨损特性和性能。
3
滑动摩擦测试
通过模拟实际工况下的滑动摩擦来评估材料 的摩擦和磨损性能。
表面分析
通过观察和分析材料表面的变化，了解摩擦 和磨损的影响。
改善材料的摩擦与磨损性能的 措施
材料力学性能教学课件 PPT材料的摩擦与磨损性 能
在本课程中，我们将探讨材料的摩擦与磨损性能。了解摩擦力与摩擦系数的 含义，并分析擦力与磨损之间的相互作用。探讨不同材料之间的摩擦和 磨损的特点，以及它们对材料性能和寿命的影响。
常见材料的摩擦与磨损性能比较
湖南大学材料性能学作业习题答案
第一章一、解：1.滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象, 称为滞弹性。
2. 塑性：在给定载荷下，材料产生永久变形的特性。
3•解理台阶：解理裂纹与螺型位错相交形成解理台阶。
4. 河流状花样：解理裂纹与螺型位错相遇后，沿裂纹前端滑动二相互汇合，同号台阶相互汇合长大，当汇合台阶足够大时，便成为河流状花样。
5. 强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
二、解：1.E :弹性模量。
2. d 0.2 :屈服强度3. b b :抗拉强度4. £ :条件应变或条件伸长率。
三、解：由d m= ( E Y s/ao)?得：丫s= d m2 • ao/E ①将代入d c= (2E • 丫s/ JI a)?=d m- ( 2*ao/刃*a)=504MPA.四、解：由题中所给式子知：⑴：材料的成分增多，会引起滑移系减少、孪生、位错钉插等，材料越容易断裂；⑵：杂质：聚集在晶界上的杂质越多，材料越容易断裂；⑶：温度：温度降低，位错摩擦阻力越大，所以材料越容易断裂；⑷、晶粒大小：晶粒越小，位错堆积越少，晶界面积越大，材料韧性越好，所以不容易断裂；⑸、应力状态：减小切应力与正应力比值的应力状态都会使材料越容易断裂；⑹、加载速率：加载速率越大，材料越容易断裂五、解：两者相比较，前者为短比例式样，后者为长比例式样，而对于韧性金属材料，比例试样尺寸越短，其断后伸长率越大，所以 d 5大于d 10.第二章作业题1应力状态软性系数：按“最大切应力理论”计算的最大切应力与按“相当最大正应力理论”计算的最大正应力的比值。
2缺口效应：截面的急剧变化产生缺口，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生缺口效应，影响金属材料的力学性能。
3布氏硬度：用一定直径的硬质合金球做压头，施以一定的试验力，将其压入试样表面，经规定保持时间后卸除，试样表面残留压痕。
HBW通过压痕平均直径求得。
材料力学第八章材料的摩擦与磨损性能
表面波纹度会减少零件实际支承表面面积，在 动配合中会引起零件磨损的加剧。
图8-3 表面波纹度示意图
3）表面粗糙度 （Surface Roughness） 微观几何形状误差，常以表面粗糙度来表示，该
参数有一维、二维和三维的形貌参数。 一维形貌通常用表面轮廓曲线的高度参数来表示。
式(8-如12选)可取得σ：m=H/3作为出现塑性变形的条件，代入
E
(
)1/2
0.78
HR 4
（8-13）
考虑到接触时，从完全弹性接触过渡到完全塑性 接触并非瞬时完成，需要有一个过程，可引入无量纲 的塑性指数 Q E ( )1/2 ，并认为：
HR
* 当塑性指数Q＜0.6（小于0.78，是因为接触面上的
（3）轮廓支承长度率tp 它是指在取样长度L内，一平 行于中线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(图8-7)。p为轮廓最高峰点至截线间
的距离。
tP
abcd L
（8-5）
图8-7 轮廓支承长度曲线
（4）幅度分布 在取样长度L内，离中线z处作两条相 距为Δz并平行于中线的线，在两平行线内轮廓线段 的水平方向长度为a、b、c、d、…。a、b、c、d、… 的总和Lz与取样长度L的百分比称为该轮廓线在z处的 幅度密度。
（1）轮廓微观不平度的平均间距Sm，指在取样长度L 内轮廓在中线mm上含一个轮廓峰和相邻轮廓谷的中 线长度的算术平均值。
Sm
1 n
n i1
pmi
图8-5 轮廓微观不平度的平均间距
（2）轮廓单峰平均间距S，指在取样长度L内轮廓的
材料的磨损性能及试验知识详解
材料的磨损性能及试验知识详解磨损是由于机械作用、化学反应(包括热化学、电化学和力化学等反应)，材料表面物质不断损失或产生残余变形和断裂的现象。
磨损是发生在物体上的一种表面现象，其接触表面必须有相对运动。
磨损必然产生物质损耗(包括材料转移)，而且它是具有时变特征的渐进的动态过程。
一、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、机床主轴轴承磨损等；2、降低机器的效率，消耗能量，如柴油机缸套的磨损等；3、减少机器的可靠性，造成不安全的因素，如断齿、钢轨磨损；4、消耗材料，造成机械材料的大面积报废。
磨损曲线跑合阶段：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；稳定磨损阶段：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；剧烈磨损阶段：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。
二、磨损的评定磨损时零件表面的损坏是材料表面单个微观体积损坏的总和。
目前对磨损评定方法还没有统一的标准。
这里主要介绍三种方法：磨损量、耐磨性和磨损比。
磨损量分为长度磨损量W l、体积磨损量W v、重量磨损量W w。
耐磨性是指在一定工作条件下材料耐磨损的特性。
耐磨性使用最多的是体积磨损量的倒数。
材料耐磨性分为相对耐磨性和绝对耐磨性两种。
材料的相对耐磨性ε是指两种材料A与B在相同的外部条件下磨损量的比值，其中材料之一的A是标准(或参考)试样。
εA＝W A/W B磨损比用于度量冲蚀磨损过程中的磨损。
（磨损比=材料的冲蚀磨损量/造成该磨损量所用的磨料量）三、磨损的类型磨损按磨损机理可分为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、微动磨损，按环境介质可分为干磨损、湿磨损、流体磨损。
1、粘着磨损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。
磨损过程：粘着→剪断→转移→再粘着。
材料力学性能课后题,参考看下
第七章1、磨损：机件表面相接处并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐流失、造成表面损伤的现象。
2、粘着：摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小载荷，在真实接触面上的局部应力就足以引起塑性变形。
倘若接触面上洁净而未受到腐蚀，则局部塑性变形会使两个接触面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着。
（实际上就是原子间的键合作用）3、磨屑：松散的尺寸与形状均不相同的碎屑？？？？4、跑合：摩擦表面逐渐被磨平，实际接触面积增大，磨损速率迅速减小。
5、咬死：当接触压应力超过材料硬度H的1/3时，粘着磨损量急剧增加，增加到一定程度就出现咬死现象。
6、犁皱：指表面材料沿硬粒子运动方向被横推而形成沟槽。
7、耐磨性：材料在一定摩擦条件下抵抗磨损的能力8、冲蚀：流体或固体以松散的小颗粒按一定的速度和角度对材料表面进行冲击。
9、接触疲劳：机件两接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤，导致局部区域产生小片或小块状金属剥落而是材料流失的现象。
10、是比较三类磨粒磨损的异同，并讨论加工硬化对它们的影响？⑴凿削式磨粒磨损：从表面上凿削下大颗粒金属，摩擦面有较深沟槽。
韧性材料——连续屑，脆性材料——断屑。
⑵高应力碾碎性磨粒磨损：磨粒与摩擦面接触处的最大压应力超过磨粒的破坏强度，磨粒不断被碾碎，使材料被拉伤，韧性金属产生塑性变形或疲劳，脆性金属则形成碎裂式剥落。
⑶低应力擦伤性磨粒磨损：作用于磨粒上的应力不超过其破坏强度，摩擦表面仅产生轻微擦伤。
11、试述粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施？条件：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小时发生的。
机理：摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦副双方接触时，即使施加较小载荷，在真实接触面上的局部应力就足以引起塑性变形。
倘若接触面上洁净而未受到腐蚀，则局部塑性变形会使两个接触面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着。
材料力学性能教学课件材料的摩擦与磨损性能
材料性质： 硬度、韧 性、耐磨 性等
载荷条件： 载荷大小、 载荷类型、 载荷频率 等
环境条件： 温度、湿 度、腐蚀 性等
润滑条件： 润滑剂类 型、润滑 剂用量、 润滑剂温 度等
材料表面 状态：粗 糙度、表 面缺陷等
材料加工 工艺：热 处理、表 面处理等
磨损性能的测试方法
磨损量测量：通过测量磨损 前后的尺寸变化来评估磨损 性能
测量方法：摩擦试验机、摩擦磨 损试验机等
添加标题
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影响因素：材料性质、表面粗糙 度、温度、湿度等
应用：机械设计、润滑剂选择、 磨损预测等
影响摩擦性能的因素
摩擦性能的测试方法
摩擦系数测试：测量材料表面的摩擦系数，了解其滑动和滚动性能 磨损测试：通过模拟实际使用环境，测量材料的磨损程度和寿命 润滑性能测试：测量材料在润滑条件下的摩擦性能，了解其润滑效果 温度影响测试：测量材料在不同温度下的摩擦性能，了解其温度适应性
疲劳磨损：材料表面在循环载 荷作用下产生的磨损
材料磨损的机理
磨粒磨损：磨粒与材料表面接触，产生摩擦和磨损
疲劳磨损：材料在循环载荷作用下，产生疲劳裂纹，导致磨损
腐蚀磨损：材料表面与腐蚀性介质接触，产生化学反应，导致磨损 微动磨损：材料表面在微动状态下，产生微小的塑性变形，导致磨 损
影响磨损性能的因素
06
提高材料摩擦与磨损性能的途径
表面涂层技术
涂层方法：采用喷涂、电镀、 化学沉积等方法
涂层材料：选择耐磨、耐腐 蚀、耐高温的涂层材料
涂层厚度：控制涂层厚度， 保证涂层的耐磨性和耐腐蚀
性
涂层性能：提高涂层的硬度、 耐磨性、耐腐蚀性等性能
表面处理技术
《材料摩擦磨损》课件
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《材料摩擦磨损》ppt 课件
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目 录
• 引言 • 材料摩擦学基础 • 材料磨损的机理 • 材料耐磨性的评价 • 材料摩擦磨损的实验研究 • 材料摩擦磨损的研究进展
PART 01
引言
摩擦与磨损的定义
摩擦
是两个接触表面在相对运动时，由于 表面间的切向阻力所引起的相互作用 的力。
粘着磨损
由于接触表面间粘着力作用， 导致材料从一个表面转移到另 一个表面。
疲劳磨损
在循环应力作用下，材料表面 产生疲劳裂纹和剥落。
微动磨损
在微小振幅的振动下，接触表 面产生氧化膜破裂和材料转移 。
磨损的影响因素
硬度与强度
硬度与强度较高的材料具有较 好的耐磨性。
表面粗糙度
表面粗糙度较大时，容易发生 粘着磨损和磨料磨损。
详细描述
材料摩擦学主要研究材料在摩擦过程中表现出的各种性质和行为，包括摩擦力、磨损率、摩擦系数等，以及这些 性质和行为与材料本身性质、表面形貌、环境条件等因素之间的关系。
材料摩擦学的原理
总结词
材料摩擦学的原理主要包括分子间的相互作用、表面能与表面张力、粘着与粘 着磨损等。
详细描述
分子间的相互作用是材料摩擦学的基础，表面能与表面张力决定了材料表面的 润湿性和摩擦系数。粘着是指两个接触表面之间的吸引力，粘着磨损则是由于 粘着效应导致的材料转移和粘着结点断裂等现象。
摩擦系数
通过测量材料在摩擦过程中的摩擦系数来评 价耐磨性。
表面粗糙度
通过测量材料摩擦后的表面粗糙度变化来评 价耐磨性。
耐磨性的影响因素
材料硬度
材料摩擦磨损课件
通过改变载荷、速度、温度等条件，评估金属材料的摩擦系数、磨损量
等参数。
02
高分子材料
高分子材料的摩擦磨损性能测试通常采用旋转式或往复式摩擦试验机，
通过改变载荷、速度、温度等条件，评估高分子材料的摩擦系数、磨损
量等参数。
03
陶瓷材料
陶瓷材料的摩擦磨损性能测试通常采用球-盘式或往复式摩擦试验机，
通过改变载荷、速度、温度等条件，评估陶瓷材料的摩擦系数、磨损量
摩擦分类
干摩擦、湿摩擦、边界摩擦。
摩擦学的研究内容与意义
研究内容
研究摩擦、磨损和润滑的本质、 规律及控制方法。
研究意义
减少摩擦磨损，提高能源利用率 ；提高设备性能和寿命；促进科 技进步。
材料摩擦磨损的危害与防治
危害
材料损失、设备失效、安全事故。
防治
选择合适的材料、优化设计、改善环境、使用润滑剂。
的化学反应。
04
材料摩擦磨损机制及影响因素
金属材料的摩擦磨损机制
粘着磨损
金属表面之间由于粘着效应而 产生磨损。
磨粒磨损
金属表面与硬质颗粒相互作用 ，导致表面损伤。
疲劳磨损
在循环应力作用下，金属表面 产生疲劳裂纹，最终导致表面 磨损。
腐蚀磨损
在腐蚀性环境中，金属表面腐 蚀导致磨损。
高分子材料的摩擦磨损机制
摩擦系数及其影响因素
摩擦系数
描述两接触表面间摩擦性能的数值，通常以滑动摩擦力与法 向力的比值表示。
影响因素
摩擦系数受多种因素影响，如材料性质、表面粗糙度、环境 温度和湿度等。
03
材料摩擦磨损性能测试技术
摩擦试验机分类及原理
往复式摩擦试验机
该试验机模拟实际使用过程中两表面间的摩擦行为，其中 一个表面固定，另一个表面可移动。通过测量摩擦力、摩 擦系数等参数，评估材料的摩擦性能。
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材料性能学
2 粘着磨损模型 由于摩擦热使局部达到很高温度，并使某些位 置焊合起来。这种焊接叫显微焊接或冷焊。
材料性能学
材料性能学
辗轧平滑区特征
微裂纹特征
材料性能学
阿查德估算模型
公式表明：粘着磨损所造成的体积磨损量和载 荷及滑动距离成正比，与材料的硬度成反比。 式中K称为粘着磨损系数，决定于摩擦条件和摩 擦副材料。当压力不超过钢的硬度的1/3时，实 验证明这一公式所表示的规律是正确的。
材料性能学
8.1.2 磨损
1.磨损的定义与分类
机件表面相接触并做相对运动时，表面逐渐有微小颗 粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不相同的 碎屑），使表面材料逐渐流失（导致机件尺寸变化和 质量损失）、造成表面损伤的现象即为磨损。
磨损主要是力学作用引起的，但并非单一力学过 程。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理和化学 作用，因此摩擦副材料、润滑条件、加载方式和大小 、相对运动特性（方式和速度）以及工作温度等诸多 因素均影响磨损量的大小，所以，磨损也是一个系统 过程。
当粘着点的结合强度高于两侧材料时，剪断面发生 在强度小的材料上，被剪断的材料转移到强度高的 材料上，软材料表面形成凹坑而硬材料表面形成凸 起，磨损加剧。
黏着磨损过程有材料转移，所以摩擦副一方金属表 面常粘附一层很薄的转移膜，并伴有化学成分变化， 这是判断黏着磨损的重要特征。
材料性能学
粘着磨损的形式：
材料性能学
（3）擦伤磨损 粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。剪 切主要发生在软金属的表层内，有时也发生在硬金 属的表层内，转移到硬金属上的粘着物又刮削软金 属表面，使软金属表面出现划痕，所以擦伤主要发 生在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。 （4） 咬合磨损 如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且 粘着点面积较大时，剪切发生在对磨材料的基体内 ，破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。此时 两表面将出现严重磨损。甚至摩擦副之间咬死而不 能相对滑动
材料性能学
新的摩擦粘附论认为，两个相互接触的表面，无论做得多么光滑，从原 子尺度看，还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放在一 起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有10^-8m或 更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。 如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大， 超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度， 微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体 之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着 的接触面上产生了原子性黏合。这时，要使两个彼此接触的表面发生相 对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子） 间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。 人们通过不断试验和分析计算，发现上述两种理论提出的机理都能产生 摩擦，其中粘附理论提的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上， 两种机理的表现有所偏向：金属材料，产生的摩擦以粘附作用为主；而 对木材，产生的摩擦以啮合作用为主；实际上，关于摩擦力的本质，目 前尚未有定论，仍在深入讨论中。
材料性能学
磨损过程
磨损恒定，工件 的服役阶段 试样表面粗 糙的峰接触 ，实际接触 面积小，磨 损较大，随 着跑合的进 行，实际接 触面积增加
磨损间隙加 大，磨耗严 重，工件表 面质量差， 振动严重
材料性能学
Ⅰ：磨合阶段 出现在摩擦副的初始运动阶段，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。 在一 定载荷作用下，摩擦表面逐渐磨平，实际接触面积逐 渐增大，磨损速度逐渐减慢，如图所示。
（1）轻微黏着磨损：粘着点的结合强度低于摩擦副材 料强度，剪切发生则界面上，摩擦因数增大，但磨损 却小，材料转移也不显著。通常金属表面有氧化膜、 硫化膜时或其他涂层时。
（2）一般黏着磨损：当粘着点强度高于摩擦副中较 软材料的剪切强度时，破坏将发生在离结合面不远 的软材料表层内，因而软材料转移到硬材料表面上 。磨损因数与轻微黏着磨损差不多，但磨损程度加 重。
材料性能学
(3)凿削式磨料磨损
特点：磨料对材料表面有大的冲击力，从材料表面 凿下较大颗料的磨屑。如挖掘机斗齿及颚式破碎机 的齿板。
3）按相对硬度分 （1）软磨料磨损：材料硬度与磨料硬度之比大于 0.8. （2）硬磨料磨损：材料硬度与磨料硬度之比小于 0.8. 两体磨损：磨料与一个零件表面接触，磨料为一物 体，零件表面为另一物体，如犁铧。
材料性能学
磨料磨损的分类
1）按接触条件分 （1）两体磨料磨损：磨料 与一个零件表面接触，磨料 、零件表面各为一物体，如 犁铧 （2）三体磨料磨损：磨料 介于两零件表面之间。磨料 为一物体，两零件为两物体 ，磨料可以在两表面间滑动 ，也可以滚动，如滑动轴承 、活塞与汽缸。
材料性能学
2）按力的作用特点分 (1)低应力划伤式的磨料磨损：特点:磨料对零件表 面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微 划伤。 生产中的犁铧，及煤矿机械中的刮板输送机溜槽磨 损情况就是属于这种类型。 (2)高应力辗碎式的磨料磨损：特点：磨料与零件 表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生 产中球磨机衬板与磨球，破碎式滚筒的磨损便是属 于这种类型。
重视研究材料的磨损。据不完全统计，世界
能源的1／3～1／2消耗于摩擦，而机械零件
80％失效原因是磨损。
材料性能学
8.1 摩擦与磨损的基本概念
8.1.1 摩擦定义 两个相互接触的物体或物体与介质之间在外力作 用下，发生相对运动，或者具有相对运动的趋势时， 在接触表面上所产生的阻碍作用称为摩擦。这种阻碍 相对运动的阻力称为摩擦力。 摩擦有利有害，但多数情况下是不利的。例如， 机械运转时的摩擦，造成能量的无益的损耗和机器寿 命的缩短，并降低机器效率。通常要减小摩擦。摩擦 优势不可缺少的，如，人的行走、汽车的行驶都必须 依靠脚或车轮与地面的摩擦。
材料性能学
Ⅱ稳定磨损阶段：
出现在摩擦副的正常运行阶段。经过跑合，摩擦表面加 工硬化，微观几何形状改变，实际接触面积增大，压强 降低，从而建立了弹性接触的条件，这时磨损已经稳定 下来，如图所示，磨损量随时间增大缓慢增大。
材料性能学
Ⅲ 剧烈磨损阶段：由于摩擦条件发生较大的变化(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，出现异常的 噪音及振动，最后导致零件完全失效。
材料性能学
磨损是一种十分复杂的微观动态过程，影响因素甚多 ，因此关于磨损分类方法也较多。最常见的磨损分类 是按磨损机理来分类，即粘着磨损、磨料磨损、冲蚀 磨损、微动磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。 磨损造成的经济损失：磨粒磨损50%、黏着磨损 15%、冲蚀磨损和微动磨损各8%、腐蚀磨损5%。 实际工况中，材料的磨损往往不只是一种机理在 起作用，而是几种机理同时存在，只不过是某一种机 理起主要作用而已。而当条件变化时，磨损也会发生 变化，会以一种机理为主转变为以另一种机理为主。 这就要求我们对实际的磨损情况要具体地加以分析， 找出主要的磨损方式或磨损机理
材料性能学
压力超过钢的屈服强度时，K值急剧增大，磨损 也急剧增大，结果造成大面积的焊合和咬死。此 时整个表面发生塑性变形，接触面积不再与载荷 成正比。
材料性能学
3.影响粘着磨损的因素
(1)脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。 (2)金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨 损也越严重。反之，金属间互溶程度越小，晶 体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物 倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较 轻微。
材料性能学
按工作环境分
（1）普通型磨料磨损：一般正常条件下的
磨料磨损。
（2）腐蚀磨料磨损：在腐蚀介质中的磨料
磨损。腐蚀加速了磨损的速度，如在含硫
介质中工作的煤矿机械等。
（3）高温磨料磨损：在高温下的磨料磨损 。高温和氧化加速了磨损，如燃烧炉中的 炉篦、沸腾炉中的管壁等。
材料性能学
2.磨粒磨损的微观机制
(1)内燃机中的活塞环和缸套衬这一运动的摩擦 副，如不考虑燃气介质的腐蚀性，主要表现为 粘着磨损。 (2)正常情况下轴在滑动轴承中运转，是一流体 润滑情况，轴颈和轴承间被一楔形油膜隔开， 这时其摩擦和磨损是很小的。但当机器启动或 停车，换向以及载荷运转不稳定时，或者润滑 条件不好，几何结构参数不恰当而不能建立起 可靠的油膜时，处于边界摩擦或干摩擦的工作 状态，这时轴承就要考虑粘着磨损。
第八章相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产
生的结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗
，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用
寿命。
材料性能学
近二三十年国外把摩擦、润滑和磨损，构成
了一门独立的边缘学科叫摩擦学。但从材料
学科特别是从材料的工程应用来看，人们更
材料性能学
8.2.2 磨料磨损
1. 定义与分类 磨料磨损又称磨粒磨损，是当摩擦副一方表面存在坚硬的细微 突起，或者在接触表面之间存在硬质粒子时所产生的一种磨损 。指硬的磨粒或凸出物对零件表面的摩擦过程中，使材料表面 发生磨耗的现象。 这种磨粒或凸出物一般指石英， 砂土，矿石等非金属磨料，也 包括零件本身磨损产物随润滑 油进入摩擦面而形成的磨粒。
(1)微观切削机制
法向载荷将磨料压入摩擦表面，滑动时磨料对表面产 生切削作用，材料脱离表面形成磨屑。并在磨损表面 留下明显的切痕。特别在固定的磨料磨损和凿削式磨 损中，是材料表面磨损的主要机理。
(2)微观变形机制
磨料在载荷作用下压入摩擦表面而产生压痕，滑动时 使表面产生严重的塑性变形，经过反复塑形变形，产 生加工硬化，压痕两侧材料受到损伤，因而易从表面 挤出或剥落。
** 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”。
材料性能学
2. 耐磨性 •耐磨性是材料抵抗磨损的性能，这是一个系统性质。通常用磨 损量来表示材料的耐磨性，磨损量越小，耐磨性越高。 •表示磨损量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸减少量来表， 称为线磨损量； •也可用体积和重量法来表示，分别称为体积磨损量和重量磨损 量。 •测量单位摩擦距离、单位压力下的磨损量，则称为比磨损量。 •失重法的磨损量单位是mg/(cm2.1000m)，表示则1000m行程上 每cm2面积的失重mg数。 •相对耐磨性（ε ）表示所研究材料的耐磨性。