长安大学摩擦磨损复习题及参考答案

磨损及耐磨材料复习题参考答案1.固体表面的几何特性通常用（表面波纹度或宏观粗糙度）和（表面粗糙度或微观粗糙度）来描述。

2.固体表面由于加工过程中的变形及局部加热，表现出不同于基体的物理机械性能，主要表现在（硬度）、（残余应力）、（组织转变）、（塑性变形）和（微观缺陷）等。

3.固体表面的吸附分为（物理吸附）和（化学吸附）吸附。

说明两种吸附的意义（物理吸附是非常快的可逆过程。

被吸附分子保持自己的特性。

其与表面的结合属典型的范·德·瓦尔斯力。

）（在化学吸附作用下，吸附原子与表面原子（分子）间发生电子交换，相互发生化学作用，从而使吸附表层的结构和化学性质发生变化，形成化合物。

）。

4.影响滑动摩擦的主要因素有（金属性质）、（粗糙度）、（温度）、（速度）和（环境气氛与压力）。

5.摩擦引起的表面效应有（温度效应）、（次表面应力的改变）、（扩散过程的发生）。

6.摩擦后表面的白层组织是由于（塑性流动）、（急冷急热）和（表面反应）三种效应所致。

7.滚动摩擦的机理与模型主要有（微观滑动）、（弹性滞后）、（塑性变形）和（粘着效应）。

8.常见的磨损形式包括（粘着磨损）、（磨料）、（疲劳）、（微动）、（腐蚀）和（冲蚀）。

9.减摩材料主要包括（钢铁）、（非铁合金）和（其他）减摩材料。

10.摩阻材料的主要失效形式为（磨损失效）和（热疲劳开裂）。

11.常见的润滑原理（方式）有那些？说出三种以上常见的固体润滑材料。

流体润滑、边界润滑和固体润滑。

石墨、MoS2、六方氮化硼（h-BN）、原硼酸（H3BO3）。

12.说明边界润滑的意义及和流体润滑的差异。

所谓边界摩擦（又称边界润滑），是指相对运动的两表面被极薄的润滑膜(厚度在0.1μm以下)隔开情况下的摩擦。

它不同于流体摩擦，因为此时两表面间的摩擦和磨损不是取决于润滑剂的粘度，而是取决于两表面的特性和润滑剂特性。

因而能大幅度提高承载能力，扩大使用范围。

而相对于干摩擦来说，边界摩擦具有较低的摩擦系数和磨损量。

13.解释磨损的实质及磨损与摩擦的关系，简要说明磨损的分类。

要点：由于机械作用、间或伴有化学和电的作用，表面相对运动，使材料发生损耗的现象（4）；摩擦是根源（起因），磨损是结果。

有摩擦就有磨损（3）；分类：黏着磨损，磨料磨损，疲劳磨损，微动磨损，冲蚀磨损，腐蚀磨损（3）。

14.材料磨损量包括那些？解释相对耐磨性的含义；固体表面的接触面积分为哪3种？An、Ap、Ar各表示什么。

要点：Wl ，Wv和Ww；ε=wA∕wB;(3) An＝a*b, Ap,轮廓接触面积，Ar，实际接触面积(3)；15.简要说明金属固体表面结构。

固体表面的接触具有什么特点？要点：外表层，氧化膜和吸附膜或污染膜，内表层，加工硬化层，母材(3)。

不连续性和不均匀性。

16.古典摩擦定律的基本内容包括哪些？与近代研究主要有哪些差异？摩擦力与作用于摩擦表面的法向载荷成正比；摩擦力的大小与名义接触面积无关；静摩擦力大于动摩擦力；摩擦力的大小与滑动速度无关；摩擦力的方向总是与接触表面间的相对运动速度的方向相反。

近代研究表明，上述定律与实际情况由许多不符之处。

例如：摩擦系数实际上是与材料和环境有关的一个综合特性指数；而且，对于某些极硬或软材料摩擦力与法向载荷不呈线性比例关系。

对于弹性材料（如橡胶）或粘弹性材料（如某些聚合物），摩擦力与名义接触面积的大小则存在着某种关系；对于很洁净、光滑的表面，或承受载荷很大时，接触表面间出现强烈的分子吸引力，故摩擦力与名义接触面积成正比。

粘弹性材料的静摩擦系数不一定大于动摩擦系数。

此外，许多材料的摩擦系数与滑动速度有关。

17.现代滑动摩擦理论主要有哪些？简要说明能量理论的要点。

机械啮合理论；分子理论；分子机械理论；粘着理论；能量理论。

能量理论，即从能量平衡的观点综合分析摩擦过程。

在一个摩擦学过程中，输入的能量总是大干输出的能量，损失的能量即相当于摩擦过程中力学的、物理的和化学的变化能量消耗的总和。

在金属的摩擦中，主要的能量都消耗在塑性变形过程中。

由裂纹的形成、扩展及新表面的形成所消耗的断裂能量，只有在磨损过程中才是主要的。

二次过程能量在一般情况下比例是比较小的。

因此研究摩擦过程中的塑性变形规律及其影响因素是深入摩擦现象本质的一个重要问题。

18.说明磨损的含义及其磨损一般规律。

由于机械作用，间或伴有化学或电的作用，物体工作表面材料在相对运动中不断损耗的现象。

外力作用下-相互接触、相互运动-摩擦-磨损。

19.说明磨料磨损的概念、分类及其磨损机理；分析影响磨料磨损的主要因素。

黏着磨损的一般规律。

要点：表面间存在硬的磨料或凸起物，外力的作用下，发生磨损（3）；自由磨料磨损、固定磨料磨损，两体磨料磨损、三体磨料磨损，硬磨料磨损、软磨料磨损（4）；机理：微观切削磨损机理、多次塑性变形导致断裂磨损机理、疲劳磨损机理、微观断裂机理（4）；磨料特征、材料机械性能和微观组织（3）。

20.简述粘着磨损的概念、分类及其磨损机理；分析影响粘着磨损的主要因素。

要点：外力作用下，表面发生塑性变形－污染膜破裂－新鲜表面露出－分子力的作用下两表面发生焊合；涂抹、擦伤、粘焊和咬死；原子模型、阿查德方程；材料的互溶性、晶体学位相、材料的延性、工况：压力、温度、滑动速度等。

规律：外力大于焊点的结合强度，发生金属转移（4）。

21.简述腐蚀磨损，疲劳磨损，微动磨损的概念及基本特点。

要点：腐蚀和磨损的共同作用下，多种磨损机理起作用（3）；滚动或滚动与滑动的过程中，在交变载荷的作用下－疲劳剥落，裂纹的萌生、扩展、断裂（3）；机械振动或交变应力作用下，紧密接触的表面之间发生产生微小振幅，复合磨损（3）。

22.冲蚀磨损的概念。

简述影响冲蚀磨损的主要因素。

要点：固体表面同含有固体粒子的流体接触作相对运动时，其表面材料所发生的损耗；环境工矿（3）；材料机械性能（3）；颗粒的特性（3）；23.常见的耐磨铸铁包括那些？说明15Cr-2Mo-Cu(15-2-1)白口铸铁的化学成分及各自的作用。

要点：冷硬铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁、镍硬铸铁。

高铬白口铸铁（3）；Cr15%-形成碳化物，提高淬透性,Mo2%－提高淬透性,Cu1%－细化晶粒，配合Mo。

（6）。

24.镍硬铸铁分为几类？化学成分主要区别在那里？镍硬铸铁1－3和镍硬铸铁4的热处理有何特点？要点：四类，Ni-Hard1--Ni-Hard4（3）;主要区别在于含Cr和Ni（2）。

275 ℃保温12－24h ，空冷，使残余奥氏体部分地转变成贝氏体，也使铸态的马氏体得到回火，从而提高镍硬铸铁的硬度和冲击疲劳抗力；二是：450 ℃保温4h ，空冷或炉冷至室温，或者冷至275 ℃保温4－16h ，空冷；Ni－Hard4 的热处理工艺为：750 ℃～800 ℃保温4－8h ，空冷或炉冷。

25.简述高锰钢的化学成分范围及热处理规范。

解释水韧处理的意义。

要点：Mn11-13%,C0.9-1.3%（3）;水韧处理（3）。

消除碳化物，得到单一的、均匀的奥氏体，获得良好的机械性能。

26.简述陶瓷材料的基本特点。

与金属材料相比，陶瓷具有硬度高、刚度高、热膨胀系数小、耐高温、耐腐蚀、比重小等优点，具有广阔的应用前景。

但由于大多数陶瓷材料脆性大，造价高等，使其应用受到一定限制，而被主要用于耐磨、耐蚀方面。

近年来，陶瓷及陶瓷涂层被逐渐用于发动机中的关键部件，如汽缸套、活塞、活塞环、挺杆垫块、轴承及轴封等。

27.影响陶瓷材料摩擦磨损的基本因素. 要点：工矿（载荷、速度、温度），材料的机械性能（比较一致的看法是耐磨性（W r）与硬度（H ）和断裂韧性（K IC）呈指数关系）和微观组织（空隙、晶间缺陷、晶粒的形状与大小等）。

28.简述聚合物材料的摩擦学特性. 要点：一般情况，摩擦系数变化大；具有粘弹性特征和弹性滞后效应。

29.影响聚合物材料摩擦学性能的基本因素有哪些？说明温度对聚合物摩擦学性能的影响。

除了表面能和硬度对聚合物摩擦学性能产生影响外，温度、载荷、滑动速度、聚合物的原始结构，以及对磨件的表面粗糙度等也会影响其摩擦学性能。

随着温度升高，聚合物表面软化，表面吸附水层的解吸，以及随后大区域的粘着，接触面积的增大，导致最大摩擦力的产生，出现粘着滑移的最大摩擦系数。

当摩擦表面温度超过玻璃态转化温度几后，聚合物的表面粘度，降低很快，摩擦系数受厚度为△X 的聚合物表层的粘滞流动所控制。

在这种情况下，聚合物的表面层起到润滑剂的作用，导致摩擦系数降低。

此外，结合表面能数据还可看出，具有高表面能的聚合物（如尼龙－PA66 ）随温度升高摩擦系数提高显著，而对于低表面能的聚合物（如聚四氟乙烯PFEE ) ，则温度对其摩擦系数的影响不显著或根本不影响。

30.对材料摩擦磨损性能要求包括那几方面?对减摩材料和摩阻材料各有何要求? 一类主要要求材料具有高的强度、硬度和足够的韧性，在正常条件下长期工作时，能保持必要的尺寸和形状稳定性，即具有良好的耐磨性。

具有这类特性的材料称为抗磨材料；第二类是对强度、硬度的要求一般不太高，但要求材料在运转过程中有低且稳定的摩擦系数，例如滑动轴承材料。

具有这类特性的材料通常称为减摩材料；第三类则要求材料在运转时具有很高的摩擦系数和抗擦伤能力，如刹车鼓等，这类材料常称为摩阻材料。

减摩材料：一般要求材料的摩擦系数小、磨损少及抗咬合性能好；摩阻材料：( 1 ）很好的导热率；( 2 ）良好的抗擦伤能力；( 3 ）良好的摩擦学性质，即有较高且稳定的摩擦系数；( 4 ）一定的强度；( 5 ）低的弹性模量以便及时地调节热应力。

31.常见的减摩材料和失效方式包括哪些?简要说明影响减摩铸铁的使用性能的因素. 要点：3类，钢铁，非铁合金和其它（3）；磨损和热疲劳开裂；石墨（石墨的润滑能力与金属基体有关，与石墨的形状、尺寸和分布有关，还与摩擦面承载大小有关）、基体组织（珠光体基体最好）和硬质相（不仅要求有高硬度的硬质相，而且要求其与基体结合牢固，不易剥落）。

32.摩阻材料的主要功能有哪些？对这类材料有何要求?摩阻材料按结构不同分为哪几种？摩阻材料一般指用作制动摩擦片或离合器片的摩擦材料。

这类材料的主要功能是将动能转变成热量，然后将热量吸收或散发掉，同时通过摩擦降低摩阻材料与其配副之间的相对运动速度。

因此，摩阻材料与一般的耐磨材料不同，它不仅要求具有良好的耐磨性能，而且还必须具有比较高而稳定的摩擦系数。

另外，摩阻材料还应当耐用和热稳定性好，并且应在和摩擦配副进行摩擦接触时产生很小的噪音或不产生噪音。

摩阻材料按结构不同，可分为有机基摩阻材料（即聚合物基或高分子基）、金属基摩阻材料、半金属摩阻材料、无机基摩阻材料和 C / C 复合材料等。

33.摩擦对材料的表层引起哪些效应？摩擦后材料表层有哪些变化？摩擦引起的第一个效应即是温度效应。