磨损与磨损理论
耐磨材料的磨损机理研究
耐磨材料的磨损机理研究耐磨材料是一类能在磨损条件下保持较高耐磨性能的材料，它们广泛应用于工业生产中的磨损环境中。
然而，耐磨材料仍然存在一定程度的磨损。
因此，研究耐磨材料的磨损机理对于改进其性能和延长使用寿命具有重要意义。
一、磨损机理的基本概念磨损是指材料表面在摩擦或其他机械作用下逐渐失去物质的过程。
磨损机理是指导致磨损过程发生的各种因素和机制。
磨损主要分为三种类型：磨削磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。
磨削磨损是由于颗粒在材料表面与其它材料之间的相对运动中引起的磨损。
疲劳磨损是由于材料的重复应力加载引起的破裂和磨损。
腐蚀磨损是由于材料与介质之间的化学或电化学反应引起的磨损。
二、磨损机理的研究方法磨损机理的研究通常采用实验方法和理论模型相结合的方式进行。
实验方法主要包括摩擦磨损试验和磨损机理分析。
摩擦磨损试验可以模拟实际工作条件下材料的磨损过程，通过测量磨损量和观察磨损形貌等参数来评估材料的耐磨性能。
磨损机理分析则通过对磨损表面的观察、扫描电镜分析等手段来揭示磨损的机理和过程。
理论模型则是通过建立材料磨损的数学模型，从而定量地描述磨损过程和磨损机理。
三、磨损机理的影响因素耐磨材料的磨损机理受到多种因素的影响。
首先是材料的力学性能，包括硬度、强度和韧性等。
硬度是表征材料耐磨性能的重要指标，硬度较高的材料通常具有较好的耐磨性能。
其次是摩擦条件，包括摩擦力、摩擦速度和工作温度等。
摩擦力和摩擦速度的增加都会导致材料的磨损加剧。
此外，介质以及杂质的存在也会对耐磨材料的磨损机理产生一定的影响。
四、耐磨材料的改进策略为了改进耐磨材料的耐磨性能，可以采取多种策略。
一方面，可以通过优化材料的组织结构和成分，例如通过合金化、热处理或表面改性等方式来增加材料的硬度、强度和韧性等力学性能。
另一方面，可以通过涂层或复合材料等方式增加材料的摩擦和磨损性能，例如通过在材料表面涂覆一层硬度较高的薄膜来提高耐磨材料的耐磨性能。
此外，加工工艺的改进也有助于提高耐磨材料的性能，例如通过冷加工、表面处理等方式来优化材料的结构和性能。
磨损及磨损理论
第一节 概 述
任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而产 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。从材料学科特别是从材料的工程应用来看，人们更重视 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。
表表面面存存在在明明显显粘粘着着痕痕迹迹和和材材料料转转移移，，有有较较大大粘粘着着坑坑块，块在，高在速高重速 载重下载，下大，量大摩量擦摩热擦使热表使面表焊面合焊，合撕，脱撕后脱留后下留片下片片粘片着粘坑着。坑。
黏黏着着坑坑密密集集，，材材料料转转移移严严重重，，摩摩擦擦副副大大量量焊焊合合，，磨磨损急损剧急增剧加增，加， 摩摩擦擦副副相相对对运运动动受受到到阻阻碍碍或或停停止止。。 材材料料以以极极细细粒粒状状脱脱落落，，出出现现许许多多““豆豆斑斑””状状凹凹坑坑。。
所以磨损是机器最常见、最大量的一种失效方式。据调查轮，胎压联痕(SEM 邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，其5中000X) 直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损 直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失 还需加上10%一20%。
摩擦痕迹 (350X)
此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料迁移也不显著。通常 在金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生轻微粘着摩损。
(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。这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。
（3）磨损比
4章磨损
二、磨损的基本特性
磨损系数表示磨损量与工况之间的关系。当载荷与速 度为已知，并可求出一定工况下的磨损系数时，就可估算 磨损量，以预测摩擦学系统的寿命；也可根据磨损系数来 确定磨损类型，因为不同的磨损类型具有不同的磨损系数。 (5)磨损速率(磨损强度)：
I V
I W
t
t
此外，还采用相对耐磨性这一参数，它是标准试样的 磨损率与被测试样磨损率之比。
§4-3
磨粒磨损
磨粒磨损是指在摩擦过程中，由于摩擦表面上硬 的微凸体或摩擦界面上的硬颗粒而引起物体表面材料 损耗的一种磨损，这是最常见的一种磨损现象。据统 计，因磨粒磨损而产生的损失约占各类磨损所造成的 全部损失的一半。挖掘机、运输机许多零件的磨损都 属于磨粒磨损。
一、主要类型
由于物体表面本身硬的微凸体使对偶表面产生的磨粒 磨损称为两体磨粒磨损(Two-body abrasive wear)；由于摩 擦表面上存在自由硬颗粒而产生的磨粒磨损称为三体磨粒 磨损(Three- body abrasive wear)。
(3)刮伤 沿滑动方向形成严重的划痕，剪切破坏发生 在较软金属的表层。
一、主要类型
按照磨损程度的不同，粘着磨损可以分为以下五类：
(4)胶合 表面局部温度相当高，粘着点的面积较大， 由于粘着点的剪切强度比形成粘着的任何一方基 体金属的剪切强度都要高(如铜与钢对磨)，故在 摩擦副的一方或双方的基体金属上产生较深层的 破坏。因而，既有较多的软金属转移到硬金属表 面上，同时也有部分硬金属转移到软金属表面上。
三、磨损的分类 实际的磨损现象大都是多种类型磨损同时存 在，或磨损状态随工况条件的变化而转化。因此， 在分析和处理磨损问题时，必须善于分析并抓住 主要的磨损类型，或着眼于主要的磨损过程，才 能采取有效的减磨措施。
摩擦学原理磨损规律
使工作条件急剧恶化，而导致零件完全失效。
5.1.2 磨合磨损
• 加工装配后的摩擦副表面具有微观和宏观几何缺陷，使配合面在开始摩 擦时的实际接触峰点压力很高，因而磨损剧烈。在磨合过程中，通过接 触峰点磨损和塑性变形，使摩擦副接触表面的形态逐渐改善，而表面压 力、摩擦系数和磨损率也随之降低，从而达到稳定的磨损率进入正常磨 损阶段。按照欧洲经济合作和发展组织（OECD）的工程材料磨损小组 的定义，磨合是机械零件在使用初期，改善其适应性、表面形貌和摩擦 相容性的过程。可认为是形成表面氧化膜等的化学过程和形变硬化等的 冶金过程。
第五章 磨损规律 Wear Characteristics
• 各种磨损形式有着不同的作用机理：磨粒磨损(Abrasive Wear )主要是 犁沟和微观切削作用；粘着磨损(Adhesive Wear )过程与表面间分子作 用力和摩擦热密切相关；接触疲劳磨损(Contact Fatigue Wear )是在循 环应力作用下表面疲劳裂纹萌生和扩展的结果；而氧化和腐蚀磨损 (Oxidation and Corrosive Wear )则由环境介质的化学作用产生。
• 实际的磨损现象通常不是以单一形式出现，而是以一、两种为主，几种 不同机理的磨损形式综合表现的。
• 随着工况条件的变化，实际机械零件的主要磨损形式也会相应改变。图 5.1给出了齿轮失效方式随着载荷和速度的变化情况。在这一章中，磨 损被视作综合的表面损伤现象，讨论磨损变化规律、影响因素和抗磨措 施。
图5.5是塑性指数曲线。 随磨合时间的延续， 经过磨合磨损表面由 塑性接触过渡到弹塑 性接触，甚至弹性接 触状态。
摩擦磨损理论在工程材料中的应用研究
摩擦磨损理论在工程材料中的应用研究摩擦磨损是工程材料面对使其降低性能或失效的主要问题之一。
为了解决这一问题，科学家们不断开展研究工作，提出了许多摩擦磨损理论，以指导工程材料的设计与制造。
一、摩擦磨损理论概述摩擦磨损理论主要从摩擦学和力学的角度分析摩擦过程，并探究材料表面在相对运动条件下的物理和化学反应，从而进一步认识磨损机理和磨损机构，提出新型摩擦材料和减少磨损的措施。
其中，摩擦学通过分析摩擦过程及其参与的热、机、化等效应，揭示了材料之间的摩擦力、接触压力、表面微观形貌、材料硬度、膜的物理化学性质和摩擦温度等因素对磨损的影响机理。
而力学则通过研究力的作用规律和受力体系的本质，解析了材料在接触条件下的应力、应变、变形和损伤等情况，为摩擦磨损的分析与材料的设计提供了理论基础。
二、摩擦磨损理论在工程材料中的应用1.材料表面设计在工程设计中，摩擦磨损往往是影响材料使用寿命和性能的重要因素，因此，科学家们通过摩擦磨损理论，在材料表面处理和设计上做出了大量的研究工作。
例如，针对摩擦磨损常见的疲劳裂纹和剥离现象，科学家们提出采用表面物理化学处理、表面垫层和涂层等措施增强材料表面的耐磨性，降低磨损程度。
2.磨损机理分析通过对摩擦磨损机理的认识，科学家们可以针对不同的磨损机理，提出相应的改进措施。
例如，对于重载条件下的滚精轴承磨损问题，研究者通过分析其磨损机理，提出采用铅膜和纳米复合液体作为润滑剂，有效降低滚珠与内圈间的接触应力，从而减少磨损程度。
3.材料摩擦性能评价通过摩擦磨损理论，科学家们不仅可以对材料的疲劳损伤、开裂和起疙瘩等问题进行分析，同时也可以对其摩擦性能进行评价。
例如，通过研究金属表面的摩擦特性，可以准确评估材料的耐磨性、耐蚀性和疲劳寿命等性能，为工程材料的应用提供了重要的理论支持。
总之，摩擦磨损理论的不断深入研究和应用，为工程材料的设计、材料的使用寿命和性能等方面提供了更加严谨的理论支持，有助于不断提升材料的耐磨性和耐用性，实现工程材料的长期稳定和高效运行，具有重要的现实意义。
磨损及磨损理论
由n个半径为a的相同微凸体承受。
则当材料产生塑性变形时，法向载荷W与较软材料
的屈服极限σs之间的关系：
(1)
当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产
生的磨屑为半球形,其体积为(2/3)πa3，则单位滑动
距离的总磨损量(即磨损率，通常用于判断材料磨损
的快慢程度)为:
b.三体磨粒磨损 外界磨粒移动于两摩擦表面之间, 类似于研磨 作用, 称为三体磨粒磨损。 通常三体磨损的磨粒与金属表面产生极高的接 触应力, 往往超过磨粒的压溃强度。这种压应 力使韧性金属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳, 而脆性金属表面则发生脆裂或剥落。
② 按摩擦表面所受的应力和冲击的大小分为凿削
b.高应力碾碎式磨粒磨损
这类磨损的特点是应力高，磨料所受的应力超过 磨料的压碎强度，当磨料夹在两摩擦表面之间时， 局部产生很高的接触应力，这种压应力使韧性金 属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳, 而脆性金属 表面则发生脆裂或剥落。 同时磨料不断被碾碎，被碾碎 的磨料颗粒呈多角形，擦伤金 属，在摩擦表面留下沟槽和凹 坑。 如矿石粉碎机的颚板、 轧碎机滚筒等表面的破坏。
** 接触-塑性变形-粘着-剪断粘着点-材料转移再粘着，循环不断进行，构成粘着磨损过程。
(3)四种典型的粘着磨损
根据粘着点的强度和破坏位置不同，粘着磨损有几 种不同的形式，从轻微磨损到破坏性严重的胶合 磨损。它们的磨损形式、摩擦系数和磨损度虽然 不同，但共同的特征是:出现材料迁移，以及沿滑动方
向形成程度不同的划痕。
2、磨粒(磨料)磨损
(1)定义 外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩
擦过程中引起表面材料脱落的现象, 称为磨粒磨损。 例如：掘土机铲齿、犁耙、球磨机衬板等的磨损都是
磨损及磨损理论
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。
此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如果滑动继 续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增，极易出现 局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
所以磨损是机器最常见、最大量的一种失效方式。据调查， 轮胎压痕(SEM 5000X) 联邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，其中 直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损 直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失 还需加上10%一20%。
摩擦痕迹 (350X)
1.6
磨损过程的一般规律：
1、磨损过程分为三个阶段:
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。
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。
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； 磨损性能是根据机件在此阶段 的表现来评价。
（3）磨损比
冲蚀磨损过程中常用磨损比(也有称磨损率)来度 量磨损。
Hale Waihona Puke 材料的冲蚀磨损量（g或μ m 3） 磨损比＝ 造成该磨损量所用的磨料量（g）
它必须在稳态磨损过程中测量，在其它磨损阶段 中所测量的磨损比将有较大的差别。 不论是磨损量、耐磨性和磨损比，它们都是在一 定实验条件或工况下的相对指标，不同实验条件或 工况下的数据是不可比较的。
当材料产生塑性变形时，法向载荷W与较软材料的屈服极限σy之间的关系：
（1）
当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产生的磨屑为半球形。 其体积为(2/3)πa3，则单位滑动距离的总磨损量为:
磨损及磨损理论
,
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目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 磨 损 的 基 本 概 念
03 磨 损 理 论
04 磨 损 的 预 防 与 控 制
05 磨 损 的 检 测 与 评 定
Prt One
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Prt Two
磨损的基本概念
磨损的定义
磨损：物体表面在相对运动过程中产生的损耗和破坏 磨损类型：包括磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等 磨损过程：包括初始阶段、稳定阶段、加速阶段和结束阶段 磨损影响因素：包括载荷、速度、温度、润滑、材料等
润滑：润滑不良会导致磨 损加剧
材料：材料的硬度、韧性 和耐磨性对磨损有直接影 响
环境：温度、湿度、腐蚀 性气体等环境因素也会影 响磨损
Prt Three
磨损理论
粘着磨损理论
粘着磨损是指两个接触表面 在相对滑动过程中由于粘着 作用而产生的磨损
粘着磨损理论是研究粘着磨 损现象的理论
粘着磨损理论主要包括粘着 磨损机理、粘着磨损模型和
磨损量的应用：在机械设计、材料察
磨损类型：磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损等 磨损程度：轻微磨损、中度磨损、严重磨损等 磨损部位：表面磨损、内部磨损、边缘磨损等 磨损特征：颜色变化、表面粗糙度、尺寸变化等
磨损性能的评定
磨损检测方法：光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射等 磨损评定标准：磨损量、磨损率、磨损寿命等 磨损性能指标：耐磨性、抗磨性、耐蚀性等 磨损机理研究：摩擦学、材料科学、表面工程等
磨粒磨损理论
磨粒磨损：由硬质 颗粒引起的磨损
磨粒来源：自然界 中的砂石、金属颗 粒等
磨损过程：磨粒与 材料表面接触、摩 擦、剥落
磨损后果：材料表 面磨损、疲劳、断 裂等
archard磨损理论
archard磨损理论
泰勒-拉普拉斯-博格(Taylor-Laplace-Boger) 和索洛曼-彻理学(Soromann-Chery)
是磨损科学尖端的两个重要理论。
马克·沃尔沃将拉普拉斯-博格理论应用到磨耗研究中来，就把机械磨损科学提升到了一个全新的层次，这也被称作博格沃尔沃(Boger-Walker) 理论，博格沃尔沃理论又叫泰勒-拉普拉斯-博格(Taylor-Laplace-Boger) 磨损理论。
泰勒-拉普拉斯-博格磨损理论假定，材料的机械行为是按照一组之前确定的法则，而
这一组法则称为契约条款。
其基本的假设是：在磨损过程中，工件表面常常因破坏而变形，经历拉伸、疲劳、裂纹等变形应力后，很可能破裂，从而形成接触磨损。
泰勒-拉普拉斯-博格磨损理论是一种模型类型的磨损理论，它具有以下两个特点：
（1）在表面磨损现象中，模型分析和拟合法有助于更进一步研究不同表面材料和磨
料的机械磨损变化规律，改善磨损断裂现象的科学性和效率性。
（2）表面磨损是一个复杂的过程。
对于复杂的表面磨损现象，此理论不仅基于理论
分析，还建立了一个预测模型，可以从定量的角度来研究磨损的发展趋势。
泰勒-拉普拉斯-博格磨损理论以最安全的方式进行机械研究，可以帮助技术人员学会
分析和预测机械磨损情况，研究该理论对于优化机械振动和磨损负荷有很重要的指导意义。
摩擦磨损基本原理
4.犁沟效应
犁沟效应是硬金属的粗糙峰嵌入软金属后，在滑 动中推挤软金属，产生塑性流动并划出一条沟槽。 犁沟效应的阻力是摩擦力的组成部分，在磨粒磨损 和檫伤磨损中，为主要分量。
硬金属表面的粗糙峰由许多半角为θ 的圆锥体组成，在法向载荷作用下，硬 峰嵌入软金属的深度为h，滑动摩擦时， 只有圆锥体的前沿面与软金属接触。 接触表面在水平面上的投影面积A =πd2/8； 在垂直面上的投影面积S=dh/2。 如果软金属的塑性屈服性能各向同性，屈服极限为σs，于是 法向载荷W和犁沟力Pe 分别为
定律三：摩擦系数与滑动速度无关。虽然对于金属材料基 本符合，而对粘弹性显著的弹性材料，摩擦系数则明显与滑 动速度有关。
特别注意：在古典摩擦定律中，摩擦系数µ是一个常数。 大量的试验指出，很难确定某种摩擦副固定的摩擦系数， 仅在一定的环境(湿度温度等)和工况(速度和载荷等)下，对 于一定的材质的摩擦副来说，µ才有可能是一个常数。如在 正常的大气环境下，硬质钢摩擦副表面的µ为0.6，但在真 空下，其µ可达到2.0。 因此，通过摩擦试验测得试样的摩擦系数时，必须注明 试验条件，否则所得的试验数据没有意义。
a.金属的整体机械性质：如剪切强度、屈服极限、硬度、弹 性模量等，都直接影响摩擦力的粘着项和犁沟项。 b. 晶态材料的晶格排列：在不同晶体结构单晶的不同晶面 上，由于原子密度不同，其粘着强度也不同。如面心立方晶 系的Cu的(111)面，密排六方晶系的Co的(001)面，原子密度 高，表面能低，不易粘着。
对金属间的摩擦而言，主要是粘着作用，其次是“犁沟”作用。 而材料的弹性变形引起的能量消耗很小，因而对总摩擦阻力的 影响很小，故可忽略不计，因此摩擦阻力可用下式表达：
F = F 剪 + F犁
摩擦、磨损及润滑理论
一、摩擦、磨损及润滑三者关系
当在正压力作用下相互接触的两个物体受切向外力的影响而发 生相对滑动，或有相对滑动趋势时，在接触表面上就会产生抵抗滑 动的阻力，这一自然现象叫做摩擦。 其结果必然有能量损耗和摩擦表面物质的丧失或转移，即磨损。 据估计，世界上在工业方面约有30%的能量消耗于摩擦过程中。 所以人们为了控制零件在摩擦中损坏，在摩擦面间加入润滑剂来降
由式（3-10）可知，若将速度V降低，则p/x亦将降低，此时油
膜各点的压力强度也会随之降低。如V降低过多，油膜将无法支持外 载荷，而使两表面直接接触，致使油膜破裂，液体摩擦也就消失。 c）润滑油必须有一定的粘性。 d）有足够充足的供油量。
习题：
第三章 摩擦、磨损及润滑理论
一、选择题
3-1 现在把研究有关摩擦、磨损与润滑的科学与技术统称为 。 （1）摩擦理论；（2）磨损理论；（3）润滑理论；（4）摩擦学； 3-2 两相对滑动的接触表面，依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称 为 。 （1）液体摩擦；（2）干摩擦；（3）混合摩擦；（4）边界摩擦； 3-3 两摩擦表面间的膜厚比=0.4～3时，其摩擦状态为 两摩擦表面间的膜厚比<0.4时，其摩擦状态为 两摩擦表面间的膜厚比>3～5时，其摩擦状态为 ； 。 ；
低摩擦，减小磨损的产生，所以说三者互为因果关系。
二、摩擦的种类
干摩擦：粘着、犁刨 边界摩擦（润滑）：很薄的油膜， 0.4 摩擦（滑动） 混合摩擦（润滑）：膜厚比0.4 3.0 液体摩擦（润滑）：被厚的油膜完全隔开， 3 5
N
V 没有润滑剂
N
V 很薄油膜
a）相对运动表面间必须形成油楔；
由上式可见，若两平板平行时，任何截面处的油膜厚度h=h0，
摩擦磨损基本原理
摩擦磨损基本原理摩擦磨损是指两个接触的物体之间由于相对运动而产生的表面损伤现象。
摩擦磨损是一种普遍存在的现象，对于润滑技术、材料科学、机械工程等领域具有重要意义。
摩擦磨损的基本原理涉及到力学、热学、接触力学、表面科学等多个学科的知识。
摩擦磨损的基本过程可以概括为接触、破坏和脱落三个阶段。
在接触过程中，两个物体表面因为施加的外力而发生相互接触。
接触区域的应力和应变随着施加的力的增大而增加，而且还受到表面形貌、材料硬度等参数的影响。
随着外力增大，接触区域的变形加大，产生摩擦力，使得物体相对运动。
摩擦力对磨损的贡献主要通过两个方面：一是由于摩擦力的作用，使得接触区域的局部温度升高，导致材料处于高温和高应力状态，从而容易发生热疲劳、塑性变形和相变等现象。
这些过程都会导致表面产生裂纹、变形和疲劳剥落等磨损现象。
二是由于摩擦力的作用，使得接触区域的材料发生塑性流动和磨粒切削现象。
这些过程会导致材料的变形和脱落，从而造成表面的磨损。
在摩擦磨损的研究中，磨损机理的理论模型被广泛运用。
其中，最基本的模型是Archard模型，该模型认为磨损量与应力、相对滑动距离和材料的硬度等参数有关。
这个模型的关键假设是磨损过程中的材料脱落量与实际接触面积成正比。
基于此模型，许多研究进一步提出了考虑表面形貌、摩擦力、温度效应和润滑剂的改进模型。
另外，摩擦磨损也与材料的物理化学性质密切相关。
例如，摩擦磨损中的表面氧化和化学反应会使材料表面的性质发生变化，从而影响磨损机理。
一些研究表明，表面的硬度和化学反应等特性会影响摩擦磨损的发展。
此外，润滑剂也是影响摩擦磨损过程的重要因素。
润滑剂通过减少表面间的摩擦力和热量生成，降低了材料表面的磨损。
摩擦磨损的研究和控制对于提高机械零部件的寿命和可靠性具有重要意义。
通过优化材料硬度、润滑剂的选择和设计更好的表面形貌等手段，可以减少摩擦磨损的发生。
此外，对于特定工况下的摩擦磨损问题，还可以采用更先进的摩擦材料、表面处理技术和涂层技术等措施来提高材料的耐磨性能。
(完整版)摩擦学原理(第4章磨损理论)
光谱分析（油样分析） 推断磨损部位 吸收光谱、发射光谱 可分析几十种元 素 只适用小磨 屑<2μm
其他间接方法 振动与噪声、温度、位移
1 磨损率
1）线磨损率Kl
KL
磨损高度 相对滑动距离
h s
dh ds
(4.1)
2）体磨损率Kv 3）重量线磨损率KG
KV
磨损体积 相对滑动距离
V s
dV ds
3VH NS
(4.8)
式中：N为法向载荷；H为材料的硬度。
4.1.2 磨损分类
将磨损分类的主要目的是为了将实际存在的各种各样的磨损现象归纳 为几个基本类型，从而更好地分析磨损规律。早期人们根据摩擦的作 用将磨损分为以下三大类：
1．机械类 由摩擦过程中表面的机械作用产生的磨损，包括磨粒磨损、表面塑性 变形、脆性剥落等，其中磨粒磨损是最普遍的机械磨损形式。
(4.2)
KG
磨损材料重量 相对滑动距离 接触表面积
G sAa
dG Aa ds
(4.3)
4）质量线磨损率Km
Km
磨损材料质量 相对滑动距离 接触表面积
m sAa
dm Aa ds
(4.4)
2．耐磨性
有时为了判断材料的耐磨性大小，也可以采用耐
磨性E来衡量。耐磨性为磨损率的倒数。
对线磨损率来说，线耐磨性表示为：
2．分子-机械类 由于分子力作用形成表面粘着结点，再经机械作用使粘着结点剪切所 产生的磨损，这类磨损的主要形式就是粘着磨损。
3．腐蚀-机械类 这类磨损是由介质的化学作用或电化学作用引起表面腐蚀，而摩擦中 的机械作用加速腐蚀过程，它包括氧化磨损和化学腐蚀磨损。
为了设计具有足够抗磨能力的机械零件和估算其磨损寿命，还必须 建立适合于工程应用的磨损计算方法。近年来通过对磨损状态和磨 屑分析以及对磨损过程的深入研究，提出了一些磨损理论，它们是 磨损计算的基础。磨损计算方法的建立必须考虑磨损现象的特征。 而这些特征与通常的强度破坏很不相同。
摩擦学原理第章磨损理论
摩擦学原理第章磨损理论本文将讨论摩擦学原理中的磨损理论。
磨损是指两个物体表面接触，因相对运动或静止而引起的表面质量减少或形状变化。
因此，磨损是一种不可避免的表面现象。
在制造过程中对磨损进行研究是极其重要的，因为磨损会导致成本增加，使得设备和部件的寿命减少。
因此，磨损理论对于工程师来说是非常重要的。
磨损机理磨损的机理可以分为三种类型:粘着磨损粘着磨损是指表面接触时，两个物体的接触点出现局部的塑性形变，导致两个物体表面产生能够在断裂时撕裂的结合力。
这种磨损主要出现在金属材料中。
它的形成是由于两个表面间的粘着摩擦力超过了物体表面的材料强度而引起的。
磨粒磨损磨粒磨损是指在表面接触过程中，其中一个物体表面的硬颗粒形成的极高应力，在另一物体表面的损耗机制下形成切削或剥落的表面损伤。
这种磨损主要出现在有磨料的环境中。
疲劳磨损疲劳磨损是指在表面接触中受到重复载荷作用的物体表面，由于载荷的作用，表面形成微小的裂纹，这些裂纹随着时间的推移逐渐扩大，最终导致断裂。
这种磨损主要出现在金属材料中。
磨损测试了解磨损机理对于测试磨损有很大的帮助。
使用标准试验程序，可以评估不同材料之间的磨损率和耐磨性能。
在磨损测试过程中，机器将不同材料的样本表面接触，并测量它们之间的摩擦力和磨损量。
这些测试可以通过摩擦器、磨损测试机等设备来完成。
磨损控制由于磨损对机械设备和部件的寿命和成本都有很大的影响，控制磨损已成为一个非常重要的问题。
磨损控制采取各种方法，包括材料的使用、表面涂层、润滑剂、设计和运行条件的优化等。
下面我们将简单介绍这些方法的一些方面。
材料的选择材料的选择对于磨损控制至关重要。
选择适合特定应用的材料，可以延长生命周期，增加效率，降低维护成本。
通常使用高硬度、高耐磨损的金属、陶瓷和聚合物等材料来提高材料的耐磨性能。
表面涂层涂层是一种能够提高材料表面耐磨性能和摩擦系数的方法。
涂层可以使材料表面粗糙度减小，并降低摩擦力。
常用的涂层材料有核化镀层、磷化处理和高分子膜等。
摩擦学原理(第4章磨损理论)
(4.6)
对重量磨损率来说，体耐磨性可表示为： E
Aa ds dG
(4.7)
3. 磨损常数
在有些情况下，为了对比不同硬度材料的磨损量， 可采用磨损常数来判定磨损大小，磨损常数K的定 义：
磨损量 硬度 3VH K 法向载荷 滑行距离 NS
式中：N为法向载荷；H为材料的硬度。
(4.8)
4.1.2 磨损分类
磁塞法（magnetic plug）
在润滑系统上装有磁塞装置捕集发动机和齿轮传动单元的磨屑，监测其 “健康”状况。所得的磨屑尺寸从约100 μm到3－4 mm。 一般从润滑剂中捕集到的磨屑尺寸在1－100 μm。
铁谱分析
磨粒磨损或犁沟作用-----磨屑具有螺旋状 或卷曲状 棒状磨屑来自加工刀纹上掉下来丝状磨屑 灾难破坏 混入了较硬的磨粒、切屑异常磨损磨粒切割
由于ER是磨损单位体积所需要的能量，而Ee是摩擦一次材料单位体积所吸 收的能量，需经过n次才形成磨屑，于是
ER nEe
考虑到接触峰点处产生变形的体积即储存能量的体积Vd比被磨 掉的体积Vw大，若令 Vw ,因而可得
Vd
ER
将式(4.10)代入式(4.12)，则得
ER
nEe
(4.12)
1 磨损率
1）线磨损率Kl 2）体磨损率Kv 3）重量线磨损率KG 4）质量线磨损率Km
KL 磨损高度 h dh 相对滑动距离 s ds
(4.1) (4.2) (4.3)
KV
KG
磨损体积 V dV 相对滑动距离 s ds
磨损材料重量 G dG 相对滑动距离 接触表面积 sAa Aa ds
4.1.3 能量磨损理论
磨损及磨损机理
第三章磨损及磨损机理概述物体摩擦外表上的物质，由于外表相对运动而不断损失的现象称磨损。
在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：a.跑合〔磨合〕阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。
b.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。
c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。
〔如图3.1〕机件磨损是无法防止的。
但，如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。
影响磨损的因素很多，例如相互作用外表的相对运动方式(滑动，滚动，往复运动，冲击)，载荷与速度的大小，外表材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种外表处理工艺，外表几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法)，环境条件(温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等)和工况条件(连续或间歇工作)等。
这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。
磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律解释清楚。
已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。
如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙外表在接触摩擦过程中相互接近，而一个外表上的原子被另一个外表俘获的现象就是磨损。
霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限σb(即硬度)对耐磨性的影响很大。
50年代初，奥贝尔(Oberle)从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H外，还有材料的弹性模量E。
处在弹性极限内的，变形越大，机械破坏越少，并提出用模数(m＝E/H×105)来反映材料的耐磨性，m值高则耐磨性好。
冯(Feng)提出了机械性质相近的两外表上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观点。
布洛克(Blok)认为软钢外表变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。
拉宾诺维奇认为外表能与材料硬度之比，对于磨损是一个重要因素，它可能影响磨屑的大小。
第6章 磨损理论
微动磨损
定义：相对接触的两个固体表面因微幅振 动（振幅<100μm）所产生的磨损。 发生部位：联接件：轴颈、螺栓联接、键 槽、花键、金属密封、离合器。 现象：表面产生疲劳裂纹。 磨损机理：
微动磨损是因微振产生的腐蚀、粘着、磨料和 疲劳等的一种综合磨损过程。
磨损机理
周期性的微振动
接触变形 氧化磨损 磨 磨粒磨损 粘着磨损 屑
.
弹性接触
d
.
K pV E p / R p
' 1 2
'
P为名义压力 ，V为滑动速度。 磨损率与pV成正比，选择材料参考pV系数值
防止和减轻粘着磨损的措施
1 合理选择摩擦副材料
脆性材料比塑性材料的抗粘着能力高。
宜选用互溶性小的金属，不要选用同种或晶格 类型相近的金属。Al，Sn，Cu，In与Fe的互溶 差，可作滑动轴承的基材。
Hm /Ha>1.3，材料耐磨性不再提高，低磨损区 Hm /Ha<1.25，K将随Ha /Hm的2.5次幂而下降
Ha K 0.57 K 0 Hm
2.5
增加金属材料的表面硬度，可增加其耐磨性。
硬度、粒径对磨损的影响
硬度
压力
疲劳磨损
定义：材料表面在循环接触应力的作用下，萌 生裂纹，导致产生片状或颗粒的磨屑，表面形 成 豆状凹坑、麻点，这种磨损称为疲劳磨损。 基本类型
磨损机理
磨损过程
粘着——剪切——再粘着——再剪切的循环
阿查德磨损定律：
W =KWL/HS VS材料磨损量与滑动距离成正比 式中： WVS 、Wvh分别为软、硬表面 材料磨损量与载荷成正比 的磨损体积量， W 软材料磨损与其硬度成反比 K， ，L分别为磨损系数，载荷和滑动长 度， Hs，Hh分别为软、硬表面布氏硬度
哈工大摩擦磨损理论 第六章 磨损1-金属1
对于重载高速摩擦副，接触峰点的表面压力有时可达5 000 MPa， 并产 生1 000℃以上的瞬时温度。
而由于摩擦副体积远大于接触峰点，一旦脱离接触，峰点温度便迅速下 降，一般局部高温持续时间只有几毫秒。 润滑油膜、吸附膜或其他表面膜将 发生破裂，使接触峰点产生粘着， 随后在滑动中粘着结点破坏。 这种粘着、破坏、再粘着的交替过 程就构成粘着磨损。
第一节 概 述
一、磨损的定义 ：
磨损：是指任一工作表面的物质，由于表面相对运动而不断损失的 现象。摩擦是磨损的原因，而磨损是摩擦的必然结果。 磨损的危害：磨损将造成表层材料的损耗，零件尺寸的变化，直接 影响零件的使用寿命和机器的性能。生产中总是力求提高零件的耐 磨性。
利用磨损为生产服务：例如利用磨损原理所进行的加工（如研磨、 磨削、抛光等）。
图6－6 钢（HB223）的磨损常数和平均压力的关系曲线
图6－7 表面龟裂
3．影响粘着磨损的因素
影响粘着磨损的主要因素有，载荷、添加剂、摩擦副材料的组合、速 度和温度等。载荷和添加剂对粘着磨损的影响在第五章中已有初步介绍， 这里主要介绍其它因素对粘着磨损的影响。 1）摩擦副材料组合的影响 摩擦的相容性：通常，将一定的配对材料在发生摩擦和磨损时抵抗粘 着的性能称为摩擦的相容性。如果摩擦副在工作过程中具有低摩擦、高耐 磨度的性能，则摩擦的相容性好，反之则摩擦的相容性差。 冶金相容性：两种金属在固态能互相溶解的性能称为金属的冶金相容 性。金属间能互溶的材料，其冶金相容性好。 一般来说，相同金属或晶格类型、晶格间距、电子密度、电化学性能 相近的金属的冶金相容性好； 冶金相容性好的金属组合，其摩擦相容性就差，即磨损增大。 例如，铅、锡、铜和铟与铁的冶金相容性差，因此这四种材料可作为 滑动轴承耐磨材料的基础金属。
第6章-金属材料的表面摩擦与磨损ppt课件
6.1 摩擦
4.2 边界摩擦 Boundary Friction 物理吸附膜 ✓ 矿物润滑油中常含有一些极性物质，其分子的一端是带有强电荷 的极性团，与金属表面亲和力强，在金属表面形成单层分子或多 层分子的吸附膜。 ✓ 因此, 摩擦发生在金属表面的极性分子的非极性端, 从而有效地 防止摩擦表面的直接接触, 减少了摩擦。
0-t1
t1-t2
t2-t3
时间
6.2 磨损
1. 磨损 磨损不仅是材料本身固有特性的表现, 更是摩擦学系统特性的反映。 因此, 磨损也具有条件性和相对性 ✓ 磨损的这种特性和摩擦很相似, 因而也可用类似的表达式来表示, 即：
wf(x,s)
✓ 同一种机器零件在不同机器中会产生不同类型或不同程度的磨损。 ✓ 即使在同一台机器中, 不同工况也会导致不同程度甚至不同类型的
6.2 磨损
2. 粘着磨损 在摩擦副中, 相对运动的摩擦表面之间, 由于粘着现象产生材料转 移而引起的磨损, 称为粘着磨损。 ✓ 这类磨损一般发生在相互滑动(或转动)的干摩擦表面上, 即在表面上 的某些微突体产生固相焊合, 严重时还会出现摩擦副完全“咬死”的 现象。 如:在润滑状况恶化的条件下, 柴油机烧轴瓦就是这种磨损的典型例子。 ✓ 有两种粘着(焊合)：①冷焊粘着；②热局部焊合粘者 粘着磨损过程 ⑴ 载荷、速度小 ⑵ 载荷、速度较大 ⑶ 变形、断裂及材料转移 ⑷ 新粘着点产生
磨损指标: 磨损量指标：磨损量、磨损率
几何形状指标：平面度、圆度、圆柱度
✓ 平面度: 公差带是距离为公差值t 的两个平行平面之间的区域。 ✓ 圆度: 半径差为公差值t的两个同心圆之间的区域。 轴颈的圆度误差
可以采用外径千分尺测量指定平面两个相互垂直的直径, 其半径差 就是圆度误差。
磨损理论心理学
磨损理论心理学
磨损指自我意识和记忆因为时间或者其他原因引起消散，从而因为精神与力量不匹配，带来类似走火入魔的狂乱状态，时间作用下迷失本心，丧失对本我的认知，陷入偏执。
被磨损时相当于承受杂念冲击，会失去部分记忆，因为太多的杂念冲击下，会冲垮本身的记忆，从而导致疯狂。
并非物理层面的，而是特指精神层面的。
用语言表达即为，事物或人因为随着时间流逝，或者种种经历的消磨，从而使得心性、认知等等产生了变化，而这种变化一般指的是不好的变化。
对之前的信念有所怀疑、动摇。
磨损可能是熵增的另一种说法，力量不断耗散，而且不可逆。
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黏黏着着坑坑密密集集，，材材料料转转移移严严重重，，摩摩擦擦副副大大量量焊焊合合，，磨磨损损急急剧剧增增加加，， 摩摩擦擦副副相相对对运运动动受受到到阻阻碍碍或或停停止止。。 材料以极细粒状脱落，出现许多“豆斑”状凹坑。
摩擦学基础知识 —磨损及磨损理论
第一节 概 述
任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而产 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。从材料学科特别是从材料的工程应用来看，人们更重视 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。
定义说明
③磨损发生在物体工作表面材料上，其它非界面材料的损失 或破坏，不包括在磨损范围之内；
④磨损是不断损失或破坏的现象，损失包括直接耗失材料 和材料的转移(材料从一个表面转移到另一个表面上去)， 破坏包括产生残余变形，失去表面精度和光泽等。不断损 失或破坏则说明磨损过程是连续的、有规律的，而不是偶 然的几次。
破坏方式
微动磨损 剥层
胶合
咬死 点蚀 研磨 划伤 凿削
基本
特
征
磨磨损损表表面面有有粘粘着着痕痕迹迹，，铁铁金金属属磨磨屑屑被被氧氧化化成成红红棕棕色色氧氧化化物物，，通通常 作常为作磨为料磨加料剧加磨剧损磨。损。
破破坏坏首首先先发发生生在在次次表表层层，，位位错错塞塞积积，，裂裂纹纹成成核核，，并并向向表表面面扩扩展展，， 最最后后材材料料以以薄薄片片状状剥剥落落，，形形成成片片状状磨磨屑屑。。
1.1磨损研究的重要性
与摩擦相比，磨损要复杂得多。直到目前磨损的机理 还不十分清楚，也没有一条简明的定量定律。对大多数 机器来说，磨损比摩擦显得更为重要，实际上人们对磨 损的理解远远不如摩擦。对机器磨损的预测能力也很差。 对于大多数不同系统的材料，在空气中的摩擦系数大小 相差不超过20倍，而磨损率之差却很大，如聚乙烯对钢 的磨损和钢对钢的磨损之比可相差105倍。
1.5 研究内容： (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。
1.6 磨损过程的一般规律：
1、磨损过程分为三个阶段:
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。
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。 存存在在压压坑坑，，间间或或有有粗粗短短划划痕痕，，由由磨磨粒粒冲冲击击表表面面造造成成
3. 表面破坏方式与机理对应关系
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。
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； 磨损性能是根据机件在此阶段 的表现来评价。
非典型磨损曲线
2. 磨损特性曲线
典型浴盆曲线典 型浴盆曲线
1.7 磨损类型
其
1、磨损 类型
他 磨 损
类
型
2、 表面破坏方式及特征
磨损似乎比摩擦具有更大的复杂性和敏感性。在具体 的工作条件下，影响因素是十分复杂的，它包括工作条 件、环境因素、介质因素和润滑条件以及零件材料的成 分、组织和工作表面的物理、化学、机械性能等，了解 影响因素有利于实现对磨损的控制。
1.2磨损研究的进展
磨损的研究工作开展得较迟，本世纪50年代初期在工业 发展国家开始研究“粘着磨损”理论，探讨磨损机理。1953 年美国的J. F. Archard 提出了简单的磨损计算公式，1957 年苏联的克拉盖尔斯基提出了固体疲劳理论和计算方法， 1973年美国的N.P.Suh提出了磨损剥层理论。
1.3磨损定义： 磨损是摩擦副相对运动时，在摩擦的作
用下，材料表面物质不断损失或产生残余变形 和断裂的现象。
表面物质运动主要包括械运动、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 定擦义表说明面变形。 ①(磨2)损化并不学局作限用于机使械摩作擦用，表由面于发伴生同化性学状作的用而改产变生。的腐
蚀磨(损3)；由热于作界用面使放电摩作擦用的而引表起面物发质生转移形的状电的火花改磨变损。；以 及由(于4)伴同造热成效各应种而造磨成损的的热磨产损生等其现他象都作在用磨。损的范围之内；
②定义强调磨损是相对运动中所产生的现象，因而，橡胶表面
老化、材料腐蚀等非相对运动中的现象不属于磨损研究的范畴；
所以磨损是机器最常见、最大量的一种失效方式。据调轮查胎压，痕(SEM 联邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，其5中000X) 直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损 直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失 还需加上10%一20%。
摩擦痕迹 (350X)
1.4 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。 (4) 消耗材料, 造成机械材料的大面积报废。
20世纪60年代后，由于电子显微镜、光谱仪、能谱仪、 俄歇谱仪以及电子衍射仪等测试仪器和放射性同位素示踪技 术、铁谱技术等大量的综合的应用，使得磨损研究在磨损力 学、机理、失效分析、监测及维修等方面有了较快的发展。 把磨损试验机直接装在电子显微镜内进行观察和电视录像， 了解磨损的动态过程；研究磨损的表面，次表面及磨屑形貌、 成分、组织和性能的变化，以搞清磨损机理，分析和监测磨 损过程，从而寻求提高机器寿命的可能途径。