摩擦学原理磨损规律
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• 由此可知：考虑表层材料在磨损过程中的动态特性和破坏特点，以及材 料与周围介质的作用等等，对于建立磨损理论及其计算方法具有十分重 要的意义，而这一任务的复杂性使得磨损计算至今还不能满足应用的要 求。
5.1 磨损过程曲线
5.1.1 磨损过程曲线
• 图5.2给出了典型的磨损曲线，它表示磨损量Q随时间T的变化关系。各 种磨损曲线通常由表示三种不同的磨损变化过程中三个阶段组成。
• 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。
稳定状态，磨损率保持不变。这是摩擦副正常工作时期。 • III．剧烈磨损(Sharp Wear Process)阶段：磨损率随时间而迅速增加，
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。
• 不同摩擦副结构和性质以及不同磨合工况，其磨合磨损机理的构成都不 一样。
1．表面形貌与性能的变化
• 磨合阶段的磨损形式主要是粘着磨损和磨粒磨损。特别是在表面粗糙度 较高，两表面硬度相差较大时，表面微凸体的机械相互作用，硬的微凸 体对较软表面的犁削作用，更是磨合初期的主要磨损形式。随着磨合磨 损过程的进行，表面粗糙度将发生变化，正常的情况是粗糙度下降，磨 粒磨损或微凸体机械作用的磨损逐渐减少，直至进入磨损的持续阶段。
第五章 磨损规律 Wear Characteristics
图5.1 齿轮失效方式 failure mode of gear
第五章 磨损规律 Wear Characteristics
• 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。例如摩擦副的实际接触点是离散的和变化的，因而摩 擦副承载材料的体积很小并在磨损过程中不断变化。
，良好的磨合还能够有效地改善 摩擦副其它性能。如图5.8所示， 滑动轴承经磨合后可以改善表面 形貌，使轴承临界特性数降低， 更利于建立流体动压润滑膜。又 如发动机的合理磨合提高了缸套 活塞环的表面品质，减少擦伤痕 迹，提高密合性，可使发动机的 耗油量较一般情况下降达50%。
3．提高磨合性能的措施
• 良好的磨合性能表现为磨合时间短，磨合磨损量小，以及磨合后的表面 耐磨性高。为提高磨合性能一般可采取以下措施：
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。
为稳定磨损的物理量。令磨损率为单位时间的磨损量，则有：
•
dQ
dT
a tg
（5.1）
• 总磨损量Q=Q0+Qa，而稳定磨损量Qa=aTa。因此，正常磨损寿命为：
• •
由此可知：正常磨损寿命TTa a随1着a (QQ0和Q0 a) 的减小而增加。（5.2）
2．磨合规范
三种磨合规范的磨合曲线
2．磨合规范
图5.2 磨损过程曲线
5.1.1 磨损过程曲线
• 组成磨损曲线的三种磨损阶段为： • I．磨合磨损(Running-in Wear Process )阶段：磨损率随时间增加而逐
渐降低。它出现在摩擦副开始运行时期。 • II．稳定磨损(Steady Wear Process )阶段：摩擦表面经磨合以后达到
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。
2．磨合规范
• 采用不同的磨合规范可以使磨合时间、磨合磨损量以及磨合后的磨损率 有很大的不同。实践证明：良好的磨合能够使摩擦副的正常工作寿命提
高1~2倍。 • 在图5.6中，若以下标0表示的是磨合磨损的物理量；而以下标a表示的
• 通过磨合磨损不仅使摩擦副在几何上相互贴服，同时还使表面层的组织 结构发生变化，获得适应工况条件的稳定的表面品质。
1．表面形貌与性能的变化
Ra
磨合过程中粗糙度Ra 值的变化
1．表面形貌与性能的变化
图5.4表示较硬摩擦副 表面磨合前后表面形 貌变化。磨合使接触 面积显著地增加和峰 顶半径增大。
1．表面形貌与性能ห้องสมุดไป่ตู้变化
• 选用合理的磨合规范 • 选择适当的润滑油和添加剂 • 采用合适的材料配对 • 控制制造精度和表面粗糙度
5.2 影响磨损因素
5.1.2 磨合磨损
1．表面形貌与性能的变化
• 生产实践中，主要有四种磨合方式，即干摩擦条件下的磨合、普通润滑 油中的磨合、添有磨料润滑油中的磨合和电火花磨合。在有润滑油的磨 合磨损中，除粘着磨损和磨粒磨损主要机理外，同时还存在化学磨损、 疲劳磨损、冲蚀磨损、气蚀磨损和电化磨损等多种复杂机理。在添有磨 料润滑油中的磨合中，采用的磨料有微米固体颗粒和纳米固体颗粒，研 究人员将微米和纳米固体粉末混合在一起作为磨料，取得了较好的磨合 效果。电火花磨合是利用放电原理使运转的摩擦副达到磨合的目的。
5.1 磨损过程曲线
5.1.1 磨损过程曲线
• 图5.2给出了典型的磨损曲线，它表示磨损量Q随时间T的变化关系。各 种磨损曲线通常由表示三种不同的磨损变化过程中三个阶段组成。
• 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。
稳定状态，磨损率保持不变。这是摩擦副正常工作时期。 • III．剧烈磨损(Sharp Wear Process)阶段：磨损率随时间而迅速增加，
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。
• 不同摩擦副结构和性质以及不同磨合工况，其磨合磨损机理的构成都不 一样。
1．表面形貌与性能的变化
• 磨合阶段的磨损形式主要是粘着磨损和磨粒磨损。特别是在表面粗糙度 较高，两表面硬度相差较大时，表面微凸体的机械相互作用，硬的微凸 体对较软表面的犁削作用，更是磨合初期的主要磨损形式。随着磨合磨 损过程的进行，表面粗糙度将发生变化，正常的情况是粗糙度下降，磨 粒磨损或微凸体机械作用的磨损逐渐减少，直至进入磨损的持续阶段。
第五章 磨损规律 Wear Characteristics
图5.1 齿轮失效方式 failure mode of gear
第五章 磨损规律 Wear Characteristics
• 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。例如摩擦副的实际接触点是离散的和变化的，因而摩 擦副承载材料的体积很小并在磨损过程中不断变化。
，良好的磨合还能够有效地改善 摩擦副其它性能。如图5.8所示， 滑动轴承经磨合后可以改善表面 形貌，使轴承临界特性数降低， 更利于建立流体动压润滑膜。又 如发动机的合理磨合提高了缸套 活塞环的表面品质，减少擦伤痕 迹，提高密合性，可使发动机的 耗油量较一般情况下降达50%。
3．提高磨合性能的措施
• 良好的磨合性能表现为磨合时间短，磨合磨损量小，以及磨合后的表面 耐磨性高。为提高磨合性能一般可采取以下措施：
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。
为稳定磨损的物理量。令磨损率为单位时间的磨损量，则有：
•
dQ
dT
a tg
（5.1）
• 总磨损量Q=Q0+Qa，而稳定磨损量Qa=aTa。因此，正常磨损寿命为：
• •
由此可知：正常磨损寿命TTa a随1着a (QQ0和Q0 a) 的减小而增加。（5.2）
2．磨合规范
三种磨合规范的磨合曲线
2．磨合规范
图5.2 磨损过程曲线
5.1.1 磨损过程曲线
• 组成磨损曲线的三种磨损阶段为： • I．磨合磨损(Running-in Wear Process )阶段：磨损率随时间增加而逐
渐降低。它出现在摩擦副开始运行时期。 • II．稳定磨损(Steady Wear Process )阶段：摩擦表面经磨合以后达到
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。
2．磨合规范
• 采用不同的磨合规范可以使磨合时间、磨合磨损量以及磨合后的磨损率 有很大的不同。实践证明：良好的磨合能够使摩擦副的正常工作寿命提
高1~2倍。 • 在图5.6中，若以下标0表示的是磨合磨损的物理量；而以下标a表示的
• 通过磨合磨损不仅使摩擦副在几何上相互贴服，同时还使表面层的组织 结构发生变化，获得适应工况条件的稳定的表面品质。
1．表面形貌与性能的变化
Ra
磨合过程中粗糙度Ra 值的变化
1．表面形貌与性能的变化
图5.4表示较硬摩擦副 表面磨合前后表面形 貌变化。磨合使接触 面积显著地增加和峰 顶半径增大。
1．表面形貌与性能ห้องสมุดไป่ตู้变化
• 选用合理的磨合规范 • 选择适当的润滑油和添加剂 • 采用合适的材料配对 • 控制制造精度和表面粗糙度
5.2 影响磨损因素
5.1.2 磨合磨损
1．表面形貌与性能的变化
• 生产实践中，主要有四种磨合方式，即干摩擦条件下的磨合、普通润滑 油中的磨合、添有磨料润滑油中的磨合和电火花磨合。在有润滑油的磨 合磨损中，除粘着磨损和磨粒磨损主要机理外，同时还存在化学磨损、 疲劳磨损、冲蚀磨损、气蚀磨损和电化磨损等多种复杂机理。在添有磨 料润滑油中的磨合中，采用的磨料有微米固体颗粒和纳米固体颗粒，研 究人员将微米和纳米固体粉末混合在一起作为磨料，取得了较好的磨合 效果。电火花磨合是利用放电原理使运转的摩擦副达到磨合的目的。