材料磨损与耐磨材料(第1章课件)2

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§1.3 材料磨损与磨损参量 §1.3.2 磨损量 由磨损引起的材料损失量，称为磨损量。 磨损量是表示物体磨损前后物理量变化 程度的量，即磨损时材料损失程度的物 理量。材料磨损量的量度包括：线磨损 线磨损 体积磨损量、质量磨损量以及通常 量、体积磨损量、质量磨损量 磨损速率、 用的磨损速率、耐磨性和相对耐磨性 磨损速率 耐磨性和相对耐磨性等 等。
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§1.3 材料磨损与磨损参量
(2)元素的性质P (2)元素的性质P 各元素与摩擦有关的性质 元素的性质 列入下表：
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§1.3 材料磨损与磨损参量 (3)元素的相互关系R (3)元素的相互关系R 元素的相互关系 摩擦系统中主要元素之间的相 互关系,见表1.1-4。
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§1.3 材料磨损与磨损参量
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§1.1 材料磨损实质及分类
磨 损 的 分 类
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Chapter 1 材料的磨损
§1.1 材料磨损实质及分类 §1.2 材料的摩擦与磨损 §1.3 材料磨损与磨损参量
§1.3.1 摩擦系统结构分析 §1.3.2 磨损量
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§1.2 材料的摩擦与磨损
摩擦与磨损是两个不相同的概念， 两者之间既有不可分割的联系，又 有本质区别。有摩擦就有磨损．没 有摩擦就没有磨损。摩擦是能量的 转换，磨损是材料的损耗。
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§1.2 材料的摩擦与磨损
从表1.1-2可以看出，不同摩擦系数和磨损率之间没 有一个简单的关系，摩擦系数u只是在很小范围内的 变化，而磨损则相差几个数量级，这种情况说明用摩 擦系数去判断磨损的大与小是不适当的。
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§1.2 材料的摩擦与磨损
对于金属材料，凡在铁中溶解度极小的金属或与 铁组成金属间化合物的材料，因生成脆弱的共价键， 有良好的抗擦伤性。而能在铁中溶解并能与铁形成强 固原子键的金属材料则易焊合，有较差的耐擦伤性， 因此选摩擦副不应选相同的材料。除此之外，在黏着 磨损中，塑性变形大，磨损量增加。晶粒大小，再结 晶温度、硬度、形变率等都影响材料的摩擦与磨损。 在磨料磨损中，摩擦由于材料变形，要消耗能量，sah 等人认为，这部分消耗的能量所占比例较大。而磨损 对形成磨屑来说还要附加断裂功，与变形消耗的能量 相比，断裂消耗的能量较小。
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§1.3 材料磨损与磨损参量
(2)体积磨损量 在一定条件下，材料磨损前 体积磨损量
后的体积变化量，称为体积磨损量。通常体 积磨损量用下式表示：
∆G ∆V = d
或
∆V =
∑V − ∑V
i =1 i0 i =1
n
n
i1
n
式中 d—磨损材料的密度； △G—材料磨损前后失去的质量。 Vi0—磨损前第i次测量的材料体积 Vi1—磨损后第i次测量的材料体积
第一篇 材料磨损基础
Chapter 1: 材料的磨损 Chapter 2: 固体表面结构与接触特性 Chapter 3: 材料的磨损机理
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Chapter 1 材料的磨损
§1.1 材料磨损实质及分类 §1.2 材料的摩擦与磨损 §1.3 材料磨损与磨损参量
§1.3.1 摩擦系统结构分析 §1.3.2 磨损量
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§1.3 材料磨损与磨损参量 (3)质量 重量）磨损量 在一定条件下，材料 质量(重量 质量 重量）
磨损前后的整体质量（重量）的变化量称为质 量磨损量。即指材料的质量损失．一般用下式 表示：
∆G =
∑G − ∑G
i =0 i0 i =1
n
n
i1
n
式中 Gi0—磨损前第i次测量材料的整体质量 Gi1—磨损后第i次测量材料的整体质量 n—重复测量材料质量的次数。
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§1.3 材料磨损与磨损参量 当采用系统分析来描述磨损过程和对有 关影响因素进行分析时，第一步先把机 器或设备中所要研究的构件与其他构件 分隔开来。为此以适当方式将磨损结构 以及其他参与磨损的物件用一个所谓系 统或结构的“网络”围起来，如下图所 示。
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§1.3 材料磨损与磨损参量
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§1.3 材料磨损与磨损参量 §1.3.1 摩擦系统结构分析 (1)基本元素 基本元素A 基本元素 摩擦系统中基本元素是在相对运 动中相互作用的一对摩擦表面，即运 动件l、固定件2以及二者之间的润滑 剂3和周围环境4，此为系统的基本组 成。
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§1.1 材料磨损实质及分类
（5）OECD(欧洲经济合作和发展组织)关于磨损 OECD(欧洲经济合作和发展组织) 欧洲经济合作和发展组织 的定义： 的定义： 磨损是物体由于其表面相对运动， 磨损是物体由于其表面相对运动，而承载 表面上不断出现材料损失的过程。 表面上不断出现材料损失的过程。 由上述有关磨损的定义， 由上述有关磨损的定义，可以看到材料的 磨损有三大要素： 磨损有三大要素： 1.材料的表面特性 1.材料的表面特性 2.与另一物质（固体、液体及气体） 2.与另一物质（固体、液体及气体）的接 与另一物质 触特性，即接触方式、力的传递、 触特性，即接触方式、力的传递、表面变形等 3.相对运动 3.相对运动
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§1.1 材料磨损实质及分类
磨损的定义： 磨损的定义： (1)英国的机械工程师协会所下定义为： 由于机械作用而造成的物体表面材料的 逐渐消耗。（强调机械的作用） 。（强调机械的作用 逐渐消耗。（强调机械的作用） (2)前苏联的克拉盖尔斯基所下的定义 为：由于摩擦结合力的反复扰动而造成 由于摩擦结合力的反复扰动而造成 的材料破坏。（强调疲劳的作用） 。（强调疲劳的作用 的材料破坏。（强调疲劳的作用）
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§1.1 材料磨损实质及分类
(3) 美国材料试验学会（ASTM）标准关于磨损的 定义：由于物体的表面与相接触的物质间的相 由于物体的表面与相接触的物质间的相 对运动造成物体表面的损伤， 对运动造成物体表面的损伤，还常有材料的逐 渐损失。 渐损失。 （4）联邦德国标准对于磨损的定义：磨损是一 联邦德国标准对于磨损的定义： 个物体由于机械的原因，即与另一个固体的、 个物体由于机械的原因，即与另一个固体的、 液体的或气体的配对件发生接触和相对运动， 液体的或气体的配对件发生接触和相对运动， 而造成的表面材料不断损失的过程。 而造成的表面材料不断损失的过程。
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§1.1 材料磨损实质及分类
对磨损的理解： 对磨损的理解： 从磨损的特征与结果分析：任何 1.从磨损的特征与结果分析 从磨损的特征与结果分析 一种磨损都发生在物体的工作表面上， 但不仅物体表面宏观发生变化，而且物 体微观组织结构及其性能也会发生变化； 同时会产生一定数量的磨损产物，造成 材料损耗，浪费能源，导致机械零件失 效，甚至造成重大事故和经济损失。
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§1.1 材料磨损实质及分类
对固体金属来说，当温度低时，原 子活动较弱．低温变形后，表面的原子 将不会有多大变化，而在高的温度下， 表面原子的活动能力增强，因此．材料 的结构可能会出现某种程度的重新调整 与改变，结果使金属性质和能量发生变 化。
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§1.1 材料磨损实质及分类
材料表面原子会与环境(介质)发生 相互作用，产生物理吸附、化学吸附或 化学反应，使材料表面可能产生加工硬 化层或者形成表面织构，将会影响材料 的磨损过程。可以说磨损是一个动态过 程。
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§1.2 材料的摩擦与磨损
Rabin Owicg等人对某些纯金属进行多次试验， 提出摩擦系数与金属的晶体结构有关，体心立 方和面心结构金属的摩擦系数一般都大于密排 六方金属的摩擦系数，同时，提出金属共容性 的概念。所谓共容性，可以用固体溶解度大小 来解释，共容性大的金属摩擦副摩擦系数大。 无润滑的金属摩擦副，摩擦系数一般在0.4～1.5 范围内变化，金属与磨料接触组成的摩擦副， 摩擦系数一般在0.5左右。大多数金属材料在空 气中的摩擦系数值高于0.3，在真空中更高。
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§1.1 材料磨损实质及分类
磨损是由摩擦引起的、在日常生活和国 民经济的各个领域中普遍存在的现象， 像冶金矿山、建材工业、电力工业、机
械工业、农业机械、国防工业以及航空、 航天等等，处处存在摩擦．处处都有磨
损。
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§1.1 材料磨损实质及分类
材料磨损是两个以上的物体摩擦表面在
法向力的作用下，相对运动及有关介质、 温度环境等的作用使其发生形状、尺寸、 组织和性能变化的过程。磨损是造成机 磨损是造成机 械零件失效的主要原因之一， 械零件失效的主要原因之一，对机械零 件的寿命、可靠性有极大的影响。 磨损是摩擦的结果
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§1.1 材料磨损实质及分类
当两物体充分接近时，原子将被排斥而 其自然的趋向是回到它原来的位置上去， 然而这是个似乎不可能的假说，即原子 可能被撞击出，并运动得足够远，以至 进入相对表面上另一个原子场内，在这 里得到新的平衡位置。也就是说原子可 以从一个物体表面上被对面的另一个物 体表面俘获去。按汤姆林逊的著作，这 就是磨损的实质。
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§1.3 材料磨损与磨损参量
(1)线磨损量 在一定条件下，材料磨损前后摩擦 线磨损量 物体表面法线方向尺寸的变化量，称为线磨 损量。材料的线磨损量可用下式表示：
∆L =
∑L −∑L
i =0 i0 i =1
n
n
i1
n
式中: △L—材料的线磨损量； Li0—材料磨损前摩擦表面法线方向第i次测量长度 Li1—材料磨损后摩擦表面法线方向第i次测量长度 n—重复测量次数。
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§1.2 材料的摩擦与磨损
磨损是摩擦学研究的摩擦、磨损 与润滑三大课题之一，三者之间 摩擦是根源，磨损是结果，润滑 是减少磨损有效的手段。磨损又 是机械零件三种主要破坏形式之 一，即磨损、腐蚀和断裂。
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§1.2 材料的摩擦与磨损
到目前为止，人们对磨损的研究，大多还 限于孤立地或针对特定的机制进行。主要是对 运动物体表面润滑介质和环境的研究，而对磨 损过程物理机制、磨损动力学、磨粒的形成等 研究较少。对大多数不同性质的材料，在空气 中的摩擦系数相差大约不超过20倍，例如聚四 氟乙烯的摩擦系数为0.05，洁净的金属为1。 磨损率则差别很大，例如，聚乙烯对钢的磨损 率与钢对钢磨损率之比相差105倍。
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§1.2 材料的摩擦与磨损
表1.1-1列出一些材料的摩擦系数和磨损系数 的实验数据。
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§1.2 材料的摩擦与磨损
通常软固体比硬固体容易磨损，而且磨损随着 载荷和滑动距离的增加而增加。但是，也有例 外，如聚乙烯比钢软，磨损反而小。 磨损影响因素很多又十分复杂，其中环境因素 有温度、湿度及周围介质；润滑条件和工作条 件，像载荷、速度及运动方式；还有材料的成 分、组织及工作表面的物理化学性质等诸多因 素。哪一个因素有变化都会引起磨损量的改变， 同时也有可能引起机理发生变化。
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§1.1 材料磨损实质及分类
对磨损的理解： 对磨损的理解： 从物理与化学观点分析：磨损是发生在 2.从物理与化学观点分析 从物理与化学观点分析 两物体相对运动的表面，而且是在很薄 的一层工作表面上，在磨损过程中一个 重要的特征是机械能转变为热能，加热 与冷却都以非常快的速度进行，物体表 面具有相当大的活性和相当高的自由能， 材料表面与亚表面的组织与性能同内部 是不一样的。
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§1.1 材料磨损实质及分类
3. 从原子与作用力分析 从原子与作用力分析：由于相互接触的 两物体表面，其中一物体表面的原子可 能与另一物体表面的原子极靠近，甚至 进入斥力场，在相对运动时，两表面分 子就会产生能量损耗。在相对运动中将 有些原子进入斥力场，而有另一些原子 将离开斥力场，其变化大小，决定于接 触程度。
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Chapter 1 材料的磨损
§1.1 材料磨损实质及分类 §1.2 材料的摩擦与磨损 §1.3 材料磨损与磨损参量
§1.3.1 摩擦系统结构分析 §1.3.2 磨损量
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§1.3 材料磨损与磨损参量 磨损并不像金属等材料那样，被拉、压 强度只是材料的一种基本不变的性质。 确切地说，磨损应被认为是一种系统工 程，它的磨损量取决于所有参与磨损的 构件和物料在各种负荷下相互作用的结 果。在任何一个摩擦系统中，摩擦与磨 损都是同时发生的，摩擦主要涉及到材 料接触表面变形，而磨损还涉及到材料 断裂和材料的迁移。
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§1.3 材料磨损与磨损参量
(4)磨损率 在一定条件下，在给定的磨损过 磨损率
程中，材料单位摩擦距离磨损量称为磨损率。 可用下式表示：
总磨损量 I= =W / L 总摩擦距离
式中 I—材料磨损率（磨损强度） W—总磨损量 L—总摩擦距离