磨损及磨损理论PPT幻灯片课件
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单位滑动距离的磨损量,横坐标
代表平均接触压力。
当压力值小于片H/3时,磨损率
小而且保持不变(即K保持常数);
但当压力值超过H/3时,磨损量急剧增大(K值急剧增大),
这意味着在这样高的载荷作用下会发生大面积的粘着焊连。
对其他金属也有类似的情况,只是K开始增加时的平均压
力值通常比H/3稍低而已。
在压力值为H/3作用下,各个微凸体上的塑性变形区开始
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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。
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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。
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:
(2)
由(1)和(2)式,可得:
(3) 15
(3)
式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出
如果考虑到微凸体相互产生磨粒的概率数K和滑动距离L,
则接触表面的粘着磨损量表达式为:
(4)
由于对于弹性材料σs≈H/3,H为布氏硬度值,则式(4)可
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(4)简单粘着磨损计算(Archard模型)
上图为粘着磨损模型,假设摩擦副的一方为较硬
的材料,摩擦副另一方为较软的材料;法向载荷W
由n个半径为a的相同微凸体承受。
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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
这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多,但磨损程度 加剧。
c.擦伤
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亚表层内,有时也发生在硬金
属的亚表层内,转移到硬金属上的粘着物又刮削软金
Байду номын сангаас
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。
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d.咬合
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,剪切破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。 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。
变为:
式中K为粘着磨损系数
由(4)式可得粘着磨损的三个定律:
①材料磨损量与滑动距离成正比:适用于多种条件
②材料磨损量与法向载荷成正比:适用于有限载荷范围
③材料磨损量与较软材料的屈服极限σy(或硬度H)成反
比
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右图为钢制销钉在钢制圆盘上滑
动摩擦时的结果。图中示出钢的
磨损系数随表观压力的变化曲线。
纵坐标为K/H,代表单位载荷、
发生相互影响。当压力值增加到H/3以上时,整个表面变
成塑性流动区,因而实际接触面积不再与载荷成正比,出
现剧烈的粘着磨损,摩擦表面严重破坏。
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由于式中的K代表微
凸体中产生磨粒的概 率,即粘着磨损系
数.因此,K值必须
按不同的滑动材料组 合和不同的摩擦条件 求得。右表给出了不 同工况和摩擦副配对
磨损及磨损理论
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一、概述
1、磨损定义: 相互接触的物体在相对运动中,表层材料不断损失、转移或 产生残余变形的现象称为磨损,它是伴随着摩擦而产生的必 然结果。 有些磨损是有益的,如“研磨”,可使零件表面粗糙度
减小,使刀刃变得锋利。 但是,据统计,约有80 %左右的机械零件是由于磨损而
报废或失效。磨损不仅消耗材料,浪费能源,并直接影 响到机器的寿命和可靠性。固此,对磨损的研究引起了 人们的极大关注。
** 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”。
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二、 磨 损 的 分 类
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1、粘着磨损 (1)定义 当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应所形 成的结点发生剪切断裂,接触表面的材料 从一个表面转移到另一个表面的现象称为 粘着磨损。
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(2) 粘着磨损机理
当摩擦副接触时,接触首先发生 在少数几个独立的微凸体上。因 此,在一定的法向载荷作用下, 微凸体的局部压力就可能超过材 料的屈服压力而发生塑性变形, 继而使两摩擦表面产生粘着; 此后,在相对滑动过程中,如果粘着点的剪切发生 在界面,则磨损轻微;如果剪切发生在界面以下, 则材料就会从一个表面转移到另外一表面,继续滑 动,一部分转移的材料分离,从而形成游离磨粒。
** 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。 10
(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
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2、磨损研究的主要内容:
(1) 主要磨损类型的发生条件、特征和变化 规律; (2) 磨损的影响因素, 包括摩擦副材料、表 面形态、润滑状况、环境条件, 以及滑动速 度、载荷、工作温度等工况参数; (3) 磨损的模型与磨损计算; (4) 提高材料耐磨性的措施; (5) 磨损研究的测试技术与实验分析方法。
不同的划痕。
a.轻微磨损
粘着强度比摩擦副的两金属基体强度低时,剪 切发生在粘着结合面上,表面转移的材料较轻微。
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。
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b.涂抹
粘着强度大于摩擦副中较软金属的强度,小于较 硬金属的强度。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(粘附)在硬金属表面上。
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3、磨损过程 零件的正常磨损过程大致可分为三个阶段: Ⅰ:跑合阶段;Ⅱ:稳定磨损阶段;Ⅲ:剧烈磨损阶 段
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Ⅰ:跑合阶段 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。