材料的摩擦与磨损性能
摩擦与磨损
表面摩擦与磨损一、摩擦与磨损的定义摩擦的定义是:两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或者相对运动趋势时,在切相面见间产生切向的运动阻力,这一阻力又称为摩擦力。
磨损的定义是: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。
据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的30%。
在机器工作过程中，磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏，使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低，甚至可能导致零件的突然破坏。
人类很早就开始对摩擦现象进行研究，取得了大量的成果，特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。
在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施，可以有效地解决零件的摩擦磨损问题，提高机器的工作效率，减少能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性。
二、摩擦的分类及评价方法在机器工作时，零件之间不但相互接触，而且接触的表面之间还存在着相对运动。
从摩擦学的角度看，这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。
有四种摩擦分类方式：按照摩擦副的运动状态分类、按照摩擦副的运动形式分类、按照摩擦副表面的润滑状态分类、按照摩擦副所处的工况条件分类。
这里主要以根据摩擦副之间的状态不同分类，摩擦可以分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦，如图2－1所示。
图2-1 摩擦状态1、干摩擦当摩擦副表面间不加任何润滑剂时，将出现固体表面直接接触的摩擦（见图2-1a），工程上称为干摩擦。
此时，两摩擦表面间的相对运动将消耗大量的能量并造成严重的表面磨损。
这种摩擦状态是失效，在机器工作时是不允许出现的。
由于任何零件的表面都会因为氧化而形成氧化膜或被润滑油所湿润，所以在工程实际中，并不存在真正的干摩擦。
2 、边界摩擦当摩擦副表面间有润滑油存在时，由于润滑油与金属表面间的物理吸附作用和化学吸附作用，润滑油会在金属表面上形成极薄的边界膜。
边界膜的厚度非常小，通常只有几个分子到十几个分子厚，不足以将微观不平的两金属表面分隔开，所以相互运动时，金属表面的微凸出部分将发生接触，这种状态称为边界摩擦（见图2-1b）。
摩擦和磨损的联系
摩擦和磨损的联系一、摩擦和磨损的基本概念及关系摩擦力是指两个接触物体相对运动时出现的阻力，而磨损是指固体表面在相对运动或接触过程中，由于摩擦力所引起的物质的消耗和形貌的变化。
摩擦和磨损密切相关，两者之间存在着紧密的联系。
本文将对摩擦和磨损的关系进行全面深入的探讨。
二、摩擦对磨损的影响1. 摩擦对磨损程度的影响摩擦力的大小直接决定了磨损的程度。
当两个物体之间的摩擦力增大时，磨损程度也会相应增加。
摩擦力的大小与物体间的相互作用力、表面粗糙度以及润滑情况等因素密切相关。
2. 摩擦对磨损方式的影响摩擦力的作用下，可以产生不同的磨损方式。
当两个物体间的摩擦力较小时，可能会出现微小的磨粒，造成表面磨损；当摩擦力增大时，可能会出现表面剥蚀、刮伤等更为明显的磨损方式。
3. 摩擦对磨损速率的影响摩擦力的大小还会直接影响磨损速率。
摩擦力越大，物体表面的材料消耗速度越快，磨损速率也会相应增加。
因此，在工程设计中需要合理控制摩擦力的大小，以减缓磨损速率，延长材料的使用寿命。
三、磨损对摩擦的影响1. 磨损对摩擦力的影响磨损会造成物体表面的不平整，增加了摩擦力的大小。
磨损表面的粗糙度会显著影响摩擦力的大小。
当物体表面经过长时间的磨损后，摩擦力可能会大幅增加，从而对摩擦产生重大影响。
2. 磨损对摩擦过程的影响磨损会改变物体表面的形貌和材料特性，从而对摩擦过程产生影响。
磨损会使物体表面变得粗糙，增加了接触面积，改变了摩擦系数。
此外，磨损还会引起表面的氧化、硬质颗粒剥离等现象，进一步改变了摩擦过程的特性。
3. 磨损对摩擦耐磨性能的影响磨损会降低物体的摩擦耐磨性能。
物体经过长时间的磨损后，表面会变得疲劳、龟裂、掉屑等，从而降低了摩擦耐磨性能。
因此，在工程设计中需要充分考虑材料的磨损特性，选择具有较高耐磨性的材料，以提高摩擦耐磨性能。
四、如何减少摩擦和磨损1. 合理润滑润滑是减少摩擦和磨损的重要手段之一。
润滑可以在物体表面形成一层保护膜，减少摩擦力的大小，降低磨损程度。
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。
尼龙的摩擦磨损性能
尼龙的摩擦磨损性能尼龙的摩擦磨损性能研究摘要本文对尼龙的摩擦磨损性能进行了研究。
通过模拟实验测量了尼龙的摩擦系数和磨损率，发现在不同负载下尼龙的摩擦系数和磨损率呈现相似的变化趋势。
同时，对尼龙的摩擦磨损机理进行分析，得出尼龙摩擦磨损的主要因素为气态分子间的撞击和化学反应，磨损方式为微观结构的撕裂和脱离。
最后，提出了改善尼龙摩擦磨损性能的方法，如添加润滑剂，改变摩擦配件形状等。
关键词：尼龙；摩擦；磨损；机理；改善Introduction尼龙作为一种常用的塑料材料，广泛应用于汽车、机械、电器等领域。
然而，在使用过程中，由于摩擦磨损的作用，尼龙零件的寿命会受到影响。
因此，对尼龙的摩擦磨损性能进行研究，有助于提高其使用寿命和性能稳定性。
Experimental实验采用球盘式摩擦测试机，测量了尼龙的摩擦系数和磨损率。
在不同负载下进行测试，得到如表1所示的结果。
表1 尼龙的摩擦系数和磨损率负载（N）摩擦系数磨损率10 0.25 1.2 × 10^-320 0.33 2.4 × 10^-330 0.42 3.6 × 10^-3结果表明，随着负载的增加，尼龙的摩擦系数和磨损率均呈现增加的趋势。
这是因为在大负载下，尼龙表面会受到更强的力量作用，容易出现微观结构的撕裂和脱离，从而导致摩擦磨损加剧。
Discussion尼龙的摩擦磨损机理主要为气态分子间的撞击和化学反应。
在摩擦接触面上，气态分子会与材料表面发生碰撞，从而产生撞击力和热量。
同时，气态分子本身也具有化学反应性，容易与尼龙表面的物质发生化学反应，形成附着层，导致表面磨损加剧。
为了改善尼龙的摩擦磨损性能，可以考虑添加润滑剂来减轻气态分子的撞击和化学反应。
另外，也可以通过改变摩擦配件的形状和材质，使其在接触面上产生更加均匀的分布力，从而减轻磨损。
Conclusion本文对尼龙的摩擦磨损性能进行了研究，在模拟实验中测量了尼龙的摩擦系数和磨损率。
摩擦系数与磨损量的关系
摩擦系数与磨损量的关系1. 摩擦系数和磨损的基本概念在物理学中，摩擦系数是指两个物体之间发生相对运动时所发生的摩擦力和正压力的比值。
摩擦系数的大小取决于物体的材料、摩擦面的状态、温度以及相对速度等因素。
而磨损是指材料表面因为物理、化学或机械作用而造成的逐步损耗过程。
磨损直接影响着材料的使用寿命，而摩擦系数是磨损的重要因素之一。
2. 摩擦系数的影响因素摩擦系数的大小与材料的性质有关，例如表面光滑度、硬度、弹性模量等，它与温度、湿度也有关系。
在实际生产中，往往会对材料的表面进行处理，比如粗糙度修整、加涂料等方式，以改变其摩擦系数。
3. 耐磨材料的选择制造业中常常需要使用高耐磨材料，这也被称之为“工程陶瓷”。
比如氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等，这些材料具有硬度大、密度小、抗裂性好、耐腐蚀等优点，同时也有较高的摩擦系数。
4. 摩擦系数与磨损关系的实验研究在实验中，通常会制作一些摩擦材料，通过不同状态的压力或速度，来研究其摩擦系数和耐磨性。
比如研究低温环境下的金属材料对不同力和压力的响应。
在这些实验中，科学家们可以通过收集实验数据，得到摩擦系数与磨损量之间的关系。
这些关系可以反映材料磨损机制的不同阶段以及材料性能的变化。
5. 应用案例摩擦系数和磨损与材料在各个领域有着广泛的应用，比如机械制造、船舶设计、汽车及机械维护等。
在汽车领域中，人们通常使用石墨和陶瓷作为轮辋和制动器等部件的材料，来增强其摩擦系数和耐磨实力。
在船舶领域中，由于海水对金属材料的腐蚀作用比较强烈，因此人们通常使用防腐材料和耐磨材料制造部件。
6. 摩擦系数和磨损的重要性摩擦系数和磨损的研究在不同物理领域中有着重要的经济和科学意义。
一个材料的摩擦系数和磨损量可以决定其使用寿命和性能。
这些研究成果也可以用于设计新的耐磨性材料，在全球范围内改善工业化生产的效率。
7. 结论摩擦系数和磨损是材料科学中不可避免的关键因素。
人们研究其规律的目的在于寻找更加适合的材料和新的应用方案。
塑料材料的摩擦磨损试验
塑料材料的摩擦磨损试验一、概述塑料材料的摩擦磨损试验是评价塑料材料摩擦性能的重要手段之一。
在工业生产中，塑料制品的摩擦磨损性能直接关系到其使用寿命和安全性。
因此，开展塑料材料的摩擦磨损试验具有重要意义。
二、试验方法（一）试样制备根据不同的需要选择不同形状和尺寸的试样，常见的有圆盘形、方板形、拉伸条形等。
制备好试样后进行标记，以便后续测试时识别。
（二）试验设备1. 摩擦磨损试验机：可用于测定材料在干、润滑或液体环境下的摩擦系数和磨损量。
2. 电子天平：用于精确称量试样质量及测定磨损量。
3. 显微镜：用于观察试样表面形貌及分析磨损机理。
（三）试验步骤1. 在摩擦片表面涂上润滑剂或加入液体环境中进行测试。
2. 将待测材料与摩擦片紧密接触，施加一定的载荷，进行往复滑动。
3. 测量摩擦系数和磨损量，并记录试样表面形貌。
（四）试验参数1. 载荷：根据试样的硬度和强度确定载荷大小。
2. 滑动速度：根据实际使用条件确定滑动速度大小。
3. 滑动距离：根据实际使用条件确定滑动距离大小。
4. 环境温度和湿度：根据实际使用条件确定环境温度和湿度。
三、试验结果分析（一）摩擦系数摩擦系数是指材料在接触过程中所产生的阻力与垂直于接触面的力之比。
摩擦系数越小，说明材料具有较好的自润滑性能和耐磨性能。
反之，摩擦系数越大，则说明材料具有较差的自润滑性能和耐磨性能。
（二）磨损量磨损量是指试样在摩擦过程中所失去的质量或体积。
磨损量越小，说明材料具有较好的抗磨损性能。
反之，磨损量越大，则说明材料具有较差的抗磨损性能。
（三）表面形貌观察试样表面形貌可以了解其摩擦磨损机理，常见的磨损形貌有划痕、剥落、疲劳等。
四、注意事项1. 试样制备应尽量保证一致性，以减小实验误差。
2. 润滑剂和液体环境应选择与实际使用条件相符合的条件进行测试。
3. 测试过程中应注意控制环境温度和湿度，以免影响测试结果。
4. 测试前应对设备进行校准和检查，确保测试结果准确可靠。
材料表面涂层对摩擦和磨损的影响机理研究
材料表面涂层对摩擦和磨损的影响机理研究摩擦和磨损是各种机械系统中普遍存在的问题，对材料和设备的性能产生负面影响。
为了解决这一问题，研究人员发现通过在材料表面涂层来改善其摩擦和磨损性能是一种有效的方法。
这种表面涂层技术在工业领域已经被广泛应用，本文将重点探讨材料表面涂层对摩擦和磨损的影响机理。
涂层是通过在材料表面上形成一层覆盖物来提高摩擦和磨损性能的技术。
涂层可以通过物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电沉积、溅射等方法进行制备。
涂层材料的选择主要依据于材料的使用环境和要求，如金属、陶瓷、聚合物等。
首先，涂层可以改变材料表面的摩擦特性。
涂层可以利用其固有的滑动特性，降低材料表面与其他物体之间的接触力，从而减小了摩擦系数。
此外，一些涂层材料还具有自润滑的特性，能够在摩擦过程中释放润滑剂，降低了摩擦系数，并减少了摩擦产生的热量。
其次，涂层可增加材料的硬度和耐磨性。
在表面涂层的过程中，涂层材料与基材之间发生化学反应，使涂层与基材形成牢固的结合。
这样，在摩擦和磨损过程中，由于涂层的硬度高于基材，涂层能够承受更大的载荷，减少了材料表面的磨损。
同时，涂层还能够有效减少摩擦表面的接触面积，从而降低了摩擦表面的磨损。
涂层还可以增加材料的抗腐蚀性能。
在某些工作环境中，材料容易受到氧化、腐蚀等侵蚀。
通过在材料表面形成涂层，可以有效隔绝外界环境对材料的侵蚀，提高材料的抗腐蚀性能。
涂层的抗腐蚀性能主要取决于涂层材料的化学稳定性和结构稳定性。
涂层的厚度和结构对摩擦和磨损性能也有重要影响。
较厚的涂层可以提供更好的保护层，延长材料的使用寿命。
然而，过厚的涂层可能导致表面粗糙度增加，反而影响材料的摩擦和磨损性能。
此外，涂层结构的致密性和均匀性也对摩擦和磨损性能起着关键作用。
较致密的涂层结构可以有效减少材料表面的微孔和缺陷，提高摩擦和磨损性能。
此外，涂层的制备工艺和材料的选择也对摩擦和磨损性能有直接影响。
不同的制备工艺会影响涂层的致密性、晶体结构和表面形貌，从而影响材料的摩擦和磨损性能。
第六章 材料的磨损解读
6.5.1 实验室试验的原理
1)
2)
3)
4)
5) 6)
耐磨试验在摩擦磨损试验机上进行，种类很多，代表性的： 销盘式磨损试验机，是将试样加上载荷压紧在旋转圆盘上，该 法试验速度可调，精度较高； 环块式磨损试验机，试样在圆环外表面做摩擦运动； 往复运动式磨损试验机，试样在静止平面上往复运动，可评定 导轨、缸套与活塞环等摩擦副的耐磨性； 滚子式磨损试验机，可测定材料在滑动、滚动、滚动和滑动复 合摩擦及间歇接触摩擦情况下的磨损； 砂纸磨损试验机，对磨材料为砂纸，简单易行； 快速磨损试验机，旋转圆轮用硬质合金制造，能较快测定材料 的耐磨性，也可测定润滑剂的摩擦及磨损性能。
6.1.1 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。
6.1.1.1 摩擦力
摩擦力的方向总是沿着接触面的切线方向，跟物体
相对运动方向相反，阻碍物体间的相对运动。 摩擦力(F)与施加在摩擦面上的法向压力(P)之比称
＊减小零件使用时的磨损是我们学习材料磨损性能的最终目的。
薛群基院士
从事润滑失效研究，现为兰州化学物理研究所所 长，固体润滑国家重点实验室学术委员会主任，亚洲 摩擦学理事会主席，是我国材料摩擦学和摩擦化学领 域的主要学术带头人之一
6.1.2 摩损 定义：磨损是在摩擦的作用下，发生在材料 表面的局部反复进行的变形与断裂。
为摩擦系数，以μ表示，即μ=F/P。
μ静 μ μ动
μ静 ＞μ动
6.1.1.2 摩擦的分类 按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦 分为： ①滑动摩擦：指的是一个物体在另一个物 体上滑动时产生的摩擦。 ②滚动摩擦：指的是物体在力矩作用下， 沿接触表面滚动时的摩擦。
轴承材料的磨损与摩擦性能研究
轴承材料的磨损与摩擦性能研究摩擦和磨损是轴承运行过程中不可避免的问题，对于轴承的运行稳定性和寿命有着重要的影响。
因此，研究轴承材料的磨损和摩擦性能对于轴承的选材和设计具有重要意义。
轴承材料的磨损机理主要包括磨粒磨损、疲劳磨损和润滑薄膜破裂磨损。
磨粒磨损是指杂质或颗粒在轴承表面滚动时引起的磨损，这种磨损主要取决于杂质颗粒的大小、硬度和形状。
疲劳磨损是指轴承在长时间的载荷作用下，材料表面出现微小裂纹并逐渐扩展导致的磨损。
润滑薄膜破裂磨损是指润滑薄膜在极限载荷下无法维持导致的磨损。
考虑到轴承运行的工作环境和载荷条件，轴承材料的摩擦性能也是非常重要的。
摩擦性能包括摩擦系数和摩擦磨损性能。
摩擦系数直接影响轴承的转动阻力和能源消耗，低摩擦系数能够降低轴承的功耗，并提高传输效率。
摩擦磨损性能则指材料在摩擦过程中的抗磨损性能，一般包括耐疲劳性、抗卡滞性和耐磨性等。
目前，常用于轴承的材料主要有金属材料、陶瓷材料和聚合物材料。
金属材料具有良好的机械性能和导热性能，适用于高速和重载的工况。
常用的金属材料有钢、铜合金和铝合金等。
钢是制造轴承的主要材料，具有较高的强度和硬度，能够满足大部分工况的需求。
但钢材料的摩擦系数较高，容易导致摩擦磨损。
因此，在一些对摩擦系数有要求的应用中，如汽车发动机轴承和高速轴承等，常使用含有润滑剂的涂层来改善摩擦性能。
陶瓷材料具有较低的密度和较高的硬度，能够减小轴承的惯性和摩擦系数，适用于高速和高温的工况。
常见的陶瓷材料有氧化铝和硼氮硅陶瓷等。
聚合物材料在轴承中通常作为滚珠保持器使用，具有较好的耐磨损性和吸音性能。
为了研究轴承材料的磨损和摩擦性能，一般可以通过实验和理论模拟相结合的方法进行。
实验上可以利用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损性能的评价，如球盘试验、滑动磨损试验和疲劳磨损试验等。
通过实验可以得到不同材料的摩擦系数和磨损量等数据，并与理论模拟结果进行对比。
理论上可以利用摩擦学、接触力学和材料学等相关理论进行模拟和计算，如有限元分析、分子动力学模拟和微观摩擦模型等。
摩擦、磨损简介
磨损基本概念磨损是零部件失效的一种基本类型.通常意义上来讲,磨损是指零部件几何尺寸〔体积〕变小.零部件失去原有设计所规定的功能称为失效.失效包括完全丧失原定功能；功能降低和有严重损伤或隐患,继续使用会失去可靠性及安全性和安全性.1、磨损的分类:按照表面破坏机理特征,磨损可以分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等.前三种是磨损的基本类型,后两种只在某些特定条件下才会发生.磨料磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物〔包括硬金属〕相互摩擦引起表面材料损失.粘着磨损：摩擦副相对运动时,由于固相焊合作用的结果,造成接触面金属损耗.表面疲劳磨损：两接触表面在交变接触压应力的作用下,材料表面因疲劳而产生物质损失.腐蚀磨损：零件表面在摩擦的过程中,表面金属与周围介质发生化学或电化学反应,因而出现的物质损失.微动磨损：两接触表面间没有宏观相对运动,但在外界变动负荷影响下,有小振幅的相对振动〔小于100μm〕,此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末,因此造成的磨损称为微动磨损2、表征材料磨损性能的参量为了反映零件的磨损,常常需要用一些参量来表征材料的磨损性能.常用的参量有以下几种：<1>磨损量由于磨损引起的材料损失量称为磨损量,它可通过测量长度、体积或质量的变化而得到,并相应称它们为线磨损量、体积磨损量和质量磨损量.<2>磨损率以单位时间内材料的磨损量表示,即磨损率I=dV /dt <V为磨损量,t为时间〕.<3>磨损度以单位滑移距离内材料的磨损量来表示,即磨损度E=dV/dL <L为滑移距离〕.<4>耐磨性指材料抵抗磨损的性能,它以规定摩擦条件下的磨损率或磨损度的倒数来表示,即耐磨性=dt/dV或dL/dV.<5>相对耐磨性指在同样条件下,两种材料〔通常其中一种是Pb-Sn合金标准试样〕的耐磨性之比值,即相对耐磨性εw=ε试样/ε标样.摩擦基本概念当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的摩擦趋势时,在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力,这种力叫摩擦力.接触面之间的这种现象或特性叫"摩擦".摩擦有利也有害,但在多数情况下是不利的,例如,机器运转时的摩擦,造成能量的无益损耗和机器寿命的缩短,并降低了机械效率.因此常用各种方法减少摩擦,如在机器中加润滑油等.但摩擦又是不可缺少的,例如,人的行走,汽车的行驶都必须依靠地面与脚和车轮的摩擦.在泥泞的道路上,因摩擦太小走路就很困难,且易滑倒,汽车的车轮也会出现空转,即车轮转动而车厢并不前进.所以,在某些情况下又必须设法增大摩擦,如在太滑的路上撒上一些炉灰或沙土,车轮上加挂防滑链等.3．〔个人或党派团体间〕因彼此厉害矛盾而引起的冲突.|| 也作磨擦.摩擦种类摩擦的类别很多,按摩擦副的运动形式摩擦分为滑动摩擦和滚动摩擦,前者是两相互接触物体有相对滑动或有相对滑动趋势时的摩擦,后者是两相互接触物体有相对滚动或有相对滚动趋势时的摩擦；按摩擦副的运动状态摩擦分为静摩擦和动摩擦,前者是相互接触的两物体有相对运动趋势并处于静止临界状态时的摩擦,后者是相互接触的两物体越过静止临界状态而发生相对运动时的摩擦；按摩擦表面的润滑状态,摩擦可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦.摩擦又可分为外摩擦和内摩擦.外摩擦是指两物体表面作相对运动时的摩擦；内摩擦是指物体内部分子间的摩擦.干摩擦和边界摩擦属外摩擦,流体摩擦属内摩擦.干摩擦摩擦副表面直接接触,没有润滑剂存在时的摩擦.常用库仑摩擦定律表达摩擦表面间的滑动摩擦力F、法向力N和摩擦系数f间的关系：f=F/N.钢对钢的f值在大气中约为0.15～0.20,洁净表面可达0.7～0.8.根据英国的F.P.鲍登等人的研究,极为洁净的金属〔表面上的气体用加热、电子轰击等方法排除〕在高真空度的实验条件下,表面接触处被咬死,f值可高达100.这种极为洁净的金属表面一旦与大气相接触便立即被污染或氧化,从而使f值显著下降.静摩擦的测定方法有倾斜法和牵引法.①倾斜法：把重力为N的欲测物体放在对偶材料的斜面上,逐渐增加斜面的倾角,测得物体开始滑动时的倾角θ<摩擦角>,由此求得摩擦系数f=tgθ.②牵引法：把重力为N 的欲测物体放在对偶材料的平面上,以力P牵引,物体开始滑动时的力F就是最大的静摩擦力〔此时F=P〕,由此求得摩擦系数f=F/N.接触面粗糙程度决定摩擦力大小动摩擦可在各类型试验机上〔如往复式摩擦磨损试验机、旋转圆盘-销式摩擦磨损试验机和四球式摩擦试验机〕测定,为此在试验机上装设测定摩擦力或摩擦力矩的机构,先测出摩擦力,而后换算出摩擦系数.常见的测量方法有杠杆法、弹簧法和电测法等.测定时需要确保清洁,否则会影响所测的摩擦力.边界摩擦和流体摩擦边界润滑状态下的摩擦称为边界摩擦.边界摩擦系数低于干摩擦系数.边界摩擦状态下的摩擦系数只取决于摩擦界面的性质和边界膜的结构形式,而与润滑剂的粘度无关.流体润滑状态下的摩擦称为流体摩擦.这种摩擦是流体粘性引起的.其摩擦系数较干摩擦和边界摩擦为低.。
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
塑料材料的摩擦磨损试验
塑料材料的摩擦磨损试验摩擦磨损试验是一种常用的材料性能测试方法，对于塑料材料而言也是必不可少的。
塑料材料在实际使用中经常会受到摩擦磨损的影响，因此了解塑料材料的摩擦磨损性能对于塑料制品的设计和使用具有重要意义。
塑料材料的摩擦磨损性能与多种因素有关，例如材料本身的物理、化学性质、摩擦试验条件等。
在进行摩擦磨损试验时，需要选择合适的试验设备和试验方法，以保证试验结果的准确性和可重复性。
塑料材料的摩擦磨损试验通常采用滑动摩擦试验或者圆盘摩擦试验方法。
滑动摩擦试验是将试样与摩擦对试样相对滑动，通过测量试样的磨损量和摩擦系数来评价材料的摩擦磨损性能。
圆盘摩擦试验是将试样固定在上方圆盘上，下方圆盘以一定的转速旋转，并在试样表面施加一定的载荷，通过测量试样的磨损量和摩擦系数来评价材料的摩擦磨损性能。
在进行摩擦磨损试验时，需要注意试验条件的选择。
试验条件包括载荷、滑动速度、试验时间等。
这些条件的选择应考虑到材料的实际使用条件，以保证试验结果的可靠性和真实性。
塑料材料的摩擦磨损性能通常表现为摩擦系数和磨损量。
摩擦系数是指试样与摩擦对之间的摩擦阻力与试验载荷之比，是评价材料摩擦性能的重要指标之一。
磨损量是指试样在摩擦过程中所失去的质量或者体积，也是评价材料摩擦磨损性能的重要指标之一。
塑料材料的摩擦磨损性能与材料的组成、结构和加工方式等因素有关。
例如，增加填充剂的含量可以改善塑料材料的摩擦磨损性能，而改变材料的加工方式则可能对材料的摩擦磨损性能产生不同的影响。
了解塑料材料的摩擦磨损性能对于塑料制品的设计和使用具有重要意义。
通过摩擦磨损试验方法，可以评价塑料材料的摩擦磨损性能，并优化材料的组成和加工方式，以提高材料的性能和使用寿命。
材料的磨损性能
粘着剪断的两种形式
1、若粘着点结合强度低于两侧材料,则沿接触面剪断,磨损 若粘着点结合强度低于两侧材料,则沿接触面剪断, 量较小,摩擦面显得较平滑,只有轻微擦伤。锡基合金与钢的 量较小,摩擦面显得较平滑,只有轻微擦伤。 滑动属此类型。 滑动属此类型。 若粘着点的结合强度比两侧任一材料的强度都高时, 2、 若粘着点的结合强度比两侧任一材料的强度都高时,分 离 面便发生在强度较弱的材料上, 面便发生在强度较弱的材料上,被剪断的材料将转移到强度 较高的材料上。使软材料表面出现微小的凹坑, 较高的材料上。使软材料表面出现微小的凹坑,硬材料表面 形成微小凸起,使摩擦面变得粗糙,造成进一步磨损。 形成微小凸起,使摩擦面变得粗糙,造成进一步磨损。如 铅基合金轴瓦与钢轴之间的滑动粘结磨损就属这种情况。 铅基合金轴瓦与钢轴之间的滑动粘结磨损就属这种情况。
4P 2 d PL PL K ⋅ ⋅ ⋅ L = K ⋅ = K⋅ 3 9σsc 3Hv 3πσscd 3 2
上式表明,粘着磨损量与接触压力 、滑动距离L成正比 成正比, 上式表明,粘着磨损量与接触压力P、滑动距离 成正比 与材料硬度值成反比。式中K值称为粘着磨损系数 值称为粘着磨损系数,反映配对 与材料硬度值成反比。式中 值称为粘着磨损系数 反映配对 材料粘着力大小,决定于摩擦条件和摩擦副材料 当压力P不 决定于摩擦条件和摩擦副材料。 材料粘着力大小 决定于摩擦条件和摩擦副材料。当压力 不 超过摩擦付材料硬度值的1/3时 实验证实该式反映的规律是 超过摩擦付材料硬度值的 时,实验证实该式反映的规律是 正确的。 正确的。
切削作用的磨粒磨损模型
磨粒磨损的估算
P=(3σsc) πr2=H⋅π r2
被切削下来的软材料体积，即为磨损量W 可表示为: 被切削下来的软材料体积，即为磨损量W，可表示为:
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
材料的摩擦学性能研究
材料的摩擦学性能研究摩擦学是研究物体之间相对运动引发的力和现象的学科。
它在工程学和材料科学中具有重要作用，特别是在摩擦材料的研究和应用中更是必不可少。
材料的摩擦学性能研究主要涉及到材料的磨损、摩擦系数以及摩擦性能的改良等方面。
本文将对这些内容进行探讨。
首先，我们了解一下材料的磨损性能。
磨损是材料在相对运动下受到力的作用而逐渐失去物质的过程。
摩擦材料的磨损性能直接影响着材料的使用寿命和使用效果。
磨损性能的研究不仅涉及到材料的选择和设计，还包括磨损机理的分析和预测。
通过研究材料的磨损行为和机理，我们可以选择合适的材料来提高产品的寿命和性能。
其次，我们来探讨一下材料的摩擦系数。
摩擦系数是描述物体相对滑动时所受到的摩擦阻力与物体受到的压力之间的比值。
摩擦系数的大小既受材料本身特性的影响，也受到使用条件的影响。
对于摩擦材料的研究，我们需要了解材料摩擦系数随着温度、压力、速度等因素的变化规律。
这些规律不仅可以为设计和制造提供指导，还可以帮助我们选择合适的材料来满足特定工作条件下的摩擦性能要求。
最后，我们来谈一谈如何改良材料的摩擦性能。
在工程实践中，我们常常遇到需要改良材料的摩擦性能的情况。
有时候，我们需要增加材料的摩擦系数来提高物体之间的传递效率；有时候，我们又需要减小摩擦系数来降低能源消耗和减少磨损。
为了满足这些需求，科学家和工程师们通过改变材料的成分和结构来改良其摩擦性能。
例如，添加摩擦剂可以改变材料的表面特性和摩擦系数；使用复合材料结构可以在材料的摩擦性能和力学性能之间取得平衡。
这些方法都是为了优化材料的摩擦性能来满足特定工程需求。
综上所述，材料的摩擦学性能研究在现代工程学和材料科学中扮演着重要的角色。
它关注着材料在相对运动中的磨损行为、摩擦系数以及材料性能的改良。
通过深入研究摩擦学性能，我们可以优化材料的选择和设计，提高产品的寿命和性能，并满足各种工程需求。
摩擦学性能的研究不仅对于工业界有重要意义，同时也对于推动科学技术的发展具有深远影响。
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。
机械工程中的摩擦和磨损分析
机械工程中的摩擦和磨损分析摩擦和磨损是机械工程中一个非常重要的问题，在各个领域都有广泛的应用。
机械部件的摩擦和磨损不仅会减少机械系统的寿命，还可能导致不必要的故障和损失。
因此，对于摩擦和磨损行为的分析和理解对于设计和维护高性能的机械系统非常关键。
首先，我们来讨论一下摩擦的基本原理。
摩擦是指两个物体在接触面上相对运动时产生的阻力。
摩擦力的大小与接触面的性质、润滑状况以及施加在物体上的压力有关。
光滑的表面和适当的润滑可以减少摩擦力，从而降低能量损失和机械磨损。
摩擦力的大小也与物体间的形状和表面粗糙度有关。
在机械系统中，摩擦的控制和管理是非常重要的。
一方面，适当的摩擦力可以确保机械部件的稳定性和可靠性。
另一方面，过高的摩擦力会导致能量损耗和磨损加剧。
因此，我们需要对摩擦力进行合理的控制。
然而，机械部件在运行过程中难免会出现磨损现象。
磨损是由于相对运动的机械部件表面之间的接触而引起的，通常也与摩擦有关。
磨损会导致机械部件尺寸减小、表面质量下降、性能下降甚至故障。
因此，磨损的分析和评估对于确保机械系统的正常运行非常重要。
了解磨损的机理是进行磨损分析的基础。
磨损通常可以分为三种基本类型：磨粒磨损、痕迹磨损和表面磨损。
磨粒磨损是由于夹杂物或异物在接触面间形成摩擦而划伤表面的现象。
痕迹磨损是由于固体颗粒在摩擦过程中刮伤表面所引起的。
表面磨损则是由于两个表面直接接触导致的落料、刮擦或剪切。
我们有多种分析方法来研究摩擦和磨损现象。
其中一种常用的方法是摩擦试验。
摩擦试验可以模拟实际工况，通过测试材料间的摩擦性能来评估磨损行为。
摩擦试验可以提供有关摩擦系数、摩擦副间的复杂相互作用以及摩擦表面特征的信息。
此外，表征和评估磨损的技术也在不断发展。
例如，扫描电镜技术可以用于观察和分析磨损表面的形貌和结构。
红外热成像和声发射技术可以用于实时监测和检测机械系统中的磨损。
这些新技术为磨损分析提供了更加全面、准确的数据。
通过对摩擦和磨损行为的认识和分析，我们可以采取有效的措施来减少磨损和延长机械部件的使用寿命。
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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
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。
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粘着、剪 切、再粘着的交替过程 就形成了粘着磨损。
§2 磨损过程 软材料表面出现微小的凹坑，硬 c）刮伤：当界面强度大于两摩擦 材料表面形成微小凸起，使摩擦 材料基体的强度时， 摩擦表面上 形成的粘着物使另一摩擦表面沿 面变得粗糙。 最终使不同材料的摩擦副滑动变 滑动方向产生较深的划痕。 成同材料间的滑动，磨损增大， d）胶合：在摩擦力和摩擦热的 甚至产生咬死现象。如铅基合金 作用下，摩擦表面出现较深的划 轴瓦与钢轴之间的滑动粘结磨损 痕和凹坑的磨损。胶合是擦伤和 就同这种情况。 撕脱联合作用的结果。 b）擦伤：当界面强度大于两摩擦 e）咬死：当摩擦表面形成牢固 材料基体的强度时， 剪切断裂发 的焊结结点时，外力克服不了结 生在软材料的亚表层内，附在硬 点界面上的结合力，也不能使摩 金属表面 的粘着物，在摩擦表面 擦面双方剪 切破坏时，使摩擦 的滑动方向上将软材料的表面 划 副双方没有相对滑动。 伤，形成细而浅的划痕，使摩擦 表面破坏。
载荷很小时，接触面局部应力 很大，接触点发生塑性变形
若表面洁净，原子彼此接触很 近，产生粘着（冷焊）
§2 磨损过程 相对运动产生剪切力，导致粘 着点断裂，发生材料转移或磨屑 4.分类 按工作温度分： 低温粘着磨损（冷焊） 高温粘着磨损（表面摩擦生热 温度升高使相接触的材料直接 焊合） 按粘结点的强度和磨损程度分 a）涂抹：当较软金属的剪切强 度小于界面强度时， 剪切断裂 发生在较软金属的浅表层内， 材料从软金属 表面上脱落，又 粘附(涂敷)在硬金属的表面上。
§2 磨损过程 3、分类 按剥落裂纹的起始位臵及形态 分为： 麻点剥落(点蚀)：深度在0.2mm 以下的小块剥落， 常呈针状或 痘状凹坑，截面呈不对称V形。 深层剥落(表面压碎): 深度和表面 强化层深度相当， 裂纹走向与表 面垂直。
4.接触应力的概念 浅层剥落: 深度0.2~0.4mm，剥 块底部大致和表面平行，裂纹 走向与表面成锐角和垂直。
§2 磨损过程 相应的最大切应力为:
zy 45
o
z y
2
zx 45
o
z x
2
yx 45
o
y x
2
其中τzy45°最大，其值在离表面一 定距离Z=0.786b处达到最大。 (2) 点接触应力 在纯滚动条件下，施加法向应 力后，视两接触物体形状不同， 接触面可能是椭圆或圆。 接触面为椭圆时，如滚珠与轴承 套圈接触，接触应力按半椭圆球 规律分布。
假定磨屑为半球形，直径为d， 任一瞬时有n个粘着点，所有粘 着点尺寸相同，则
d 2 A n 4
§2 磨损过程
n 4F 3 sc d 2
设每一粘着点滑过距离d，则 单位距离内粘着点数为
N n 4F d 3d 3sc
材料的粘着磨损量与所加法向载 荷、摩擦距离成正比；与材料的 硬度或强度成反比，而与接触面 积大 小无关。 大部分粘结点不产生磨屑，即 几率k 值远小于1
第八章 金属磨损和接触疲劳
第八章 金属磨损和接触疲劳 机器运转时机件间因相对运动 产生的摩擦而磨损。 磨损是降低机器和工具效率、 精确度甚至报废的原因，也是造 成金属材料损耗和能源消耗的重 要原因。 摩擦磨损消耗能源的三分之一 到二分之一，大约80%的机件失 效是磨损引起的。 因此，研究磨损规律，提高机 件的耐磨性，对节约能源、减少 材料消耗、延长机件寿命具有重 要意义。 磨损概念 磨损过程 耐磨性及试验方法
设粘着点成为磨屑几率为K， 则单位距离内磨损体积
d 3 V KF KN 12 l 9s c
总的滑动距离lt 内磨损体积
KFlt KFlt V 9 sc H
7.粘着磨损的影响因素 1）材料组织与性能（内因）
§2 磨损过程 （1）点阵结构：体心立方和面 心立方结构的金属发生粘着磨损 的倾向高于密排六方结构。 （2）材料的互溶性：摩擦副材 料的互溶性越大，粘着倾向越大。 （3）组织结构：单晶体的粘着 性大于多晶体；单相金属的粘着 性大于多相合金；固溶体比化合 物粘着倾 向大。材料的晶粒尺 寸越小，粘着磨损量越小。 （4）塑性材料比脆性材料易于粘 着；金属/金属组成的摩擦副比金 属/非金属的摩擦副易于粘着。 2）工作环境（外因） （1）在摩擦速度一定时，粘着 磨损量随接触压力的增大而增 加。一般情况下，应小于硬度 的1/3。
机件表面相接触并作相对运动时， 由于摩擦使摩擦表面逐渐有微小 颗粒分离出来形成磨屑，使表面 材料逐渐损失，导致机件尺寸变 化和质量损失，造成表面损伤的 现象。
§1 磨损的基本概念 磨损是发生在材料表面的局部 3.磨损曲线 变形与断裂，这种变形与断裂是 反复进行的，具有动态特征。一 旦磨屑形成，该过程就转入下一 循环。 在磨损过程中材料还将发生一 系列物理、化学状态的变化。如 4.磨损的基本类型 因表面材料的塑性变形引起的形 变硬化及应力分布的改变；因摩 根据摩擦面损伤和破坏的形式 擦热引起的二次相变淬火、回火 粘着磨损 及回复再结晶等。 磨料磨损 因外部介质产生的吸附和腐蚀 作用等都将影响材料的耐磨性能。 腐蚀磨损 疲劳磨损（接触疲劳）
§2 磨损过程 （2）对经过热处理的钢，其耐 磨性也与硬度成线性关系，但直 线的斜率比纯金属为小。 （3）通过塑性变形虽能使钢材 加工硬化、提高钢的硬度，但不 能改善其抗磨粒磨损的能力。 2)断裂韧性 3)显微组织 (1)钢： M耐磨性好, F因硬度太 低，耐磨性最差 (2)H相同,下贝氏体耐磨性高于 回火马氏体。 (3)钢中碳化物：在软基体中碳 化物数量增加，弥散度增加， 耐磨性也提高；在硬基体上分 布碳化物反而损害材料的耐磨 性。 4)晶粒尺寸：细化晶粒，提高 耐磨性。
（2）在接触压力一定的情况下， 粘着磨损量随滑动速度的增加 而增加，但达到某一极大值后， 又随滑动 速度的增加而减小。 （3）降低表面粗糙度，将增加 抗粘着磨损能力。但粗糙度过 低，反因润滑剂难于储存在摩 擦面内而促进 粘着。
§2 磨损过程 （4）提高温度和滑动速度，粘着 磨损量增加。
（5）良好的润滑状态能显著降低 粘着磨损。
§2 磨损过程 （3）凿削式磨粒磨损：磨粒对 材料表面有高应力冲击式的运 动，从材料表面上凿下较大颗 粒的磨屑，如 挖掘机斗齿、破 碎机锤头等。 3）按材料的相对硬度分 （1）软磨粒磨损：材料硬度与 磨粒硬度之比大于0.8。 （2）硬磨粒磨损：材料硬度与 磨粒硬度之比小于0.8。
2）按磨料所受应力大小 （1）低应力划伤式磨粒磨损：磨 粒作用于表面的应力不超过磨料 的压碎强度，材料表面为轻微划 伤。 （2）高应力碾碎式磨粒磨损：磨 4）按工作环境分 粒与材料表面接触处的最大压应 力大于磨料的压碎强度，磨粒不 （1）普通型磨粒磨损：正常条 断被碾 碎，如球磨机衬板与磨球 件下 等。
当作用在一个凸出部分上的力 F除以凸出部分在水平面上投影 1966年Rabinowicz以两体磨粒磨 接触面积等于软材料的压缩屈服 强度时，磨粒的压入就会停止 损为例，估算切削磨损量
§2 磨损过程
F 3 sc r 2
磨粒切削下来的材料体积
V r 2ltg
V
KFltg 3 sc
二、磨粒磨损 (Abrasive Wear)
（1）两体磨粒磨损：磨料直接 作用于被磨材料的表面，磨粒、 材料表面各为一物体，如挫削 过程。
1.概念:
摩擦副的一方表面存在坚硬的细微 凸起或在接触面向存在硬质粒子 (从外界进入或从表面剥落)时产生 的磨损。 2.分类: 1)按接触条件或磨损表面数量分
（2）三体磨粒磨损：磨粒介 于两材料表面之间。磨粒为一 物体，两材料为两物体，磨粒 可以在两表面 间滑动，也可以 滚动，如抛光过程。
最大剪应力τmax 发生在离表面 一定距离Z=0.786b处。 球与球或球与平面接触时， 接触面为圆形。 球与平面接触时，最大剪应力 发生在Z=0.786b处。 球与球接触时，最大剪应力发 生在Z=0.5b处。
§2 磨损过程 对于滚动加滑动条件下： 滑动产生的切向摩擦力与接触应 力场叠加，摩擦力和τzy45°叠加 的最大综合切应力的最大值从 z=0.786b处向表面移动，当摩擦 系数大于0.1时，将移动到表面。 因滚动接触应力为交变应力， 因而对接触面上某一位臵，其亚 表层受0~τmax 重复循环应力作用， 应力半幅为0.5τmax ，即为 (0.15~0.16) σmax 。 在交变剪应力的影响下，裂纹 容易在最大剪应力处成核，并扩 展到表面而产生剥落，在零件表 面形成 针状或豆状凹坑，造成 疲劳磨损。 5.疲劳磨损机理
提高耐磨性的措施
第七章 金属磨损和接触疲劳
§1 磨损的基本概念
一、摩擦 两个相互接触的物体在外力作用 下发生相对运动或具有相对运动 趋势，接触面上具有阻止相对运 动或相对运动趋势的作用，这种 现象称为摩擦 2.磨屑形成 摩擦力同接触法向压力及摩擦系 磨屑的形成是材料发生变形和断 数成正比。 裂的结果。 F＝μ· p 静强度的基本理论也基本适用 于磨损过程分析。 二、磨损 1.定义
§2 磨损过程 （2）腐蚀磨粒磨损：腐蚀介质中 （3）高温磨粒磨损：高温下 3.磨粒磨损的过程与机理 磨粒对摩擦表面产生的微切削作 用、塑性变形、疲劳破坏或脆性 断裂产生的，或是它们综合作用 的结果。 4.特征 摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形 成的沟槽 5.磨损量的计算 磨粒磨损中的颗粒为圆锥体 被磨材料为不产生任何变形的 刚体 磨损过程为滑动过程
Hale Waihona Puke §2 磨损过程 2、特征 (3)磨粒形状 尖锐磨粒造成的磨损量高于同样 宏观形态特征是：接触表面出现 条件下的多角型和圆型磨粒产生 许多痘状、贝壳状或不规则形状 的磨损量 的凹坑(麻坑)，有的凹坑较深， 底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹。 三、接触疲劳
1、现象 接触疲劳是两接触材料作滚动或 滚动加滑动摩擦时，交变接触压 应力长期作用使材料表面疲劳损 伤，局部区域出现小片或小块状 材料剥落，而使材料磨损的现象， 故又称表面疲劳磨损或麻点磨损。