第六章 材料的磨损性能

第六章材料的磨损性能

一．本章的教学目的与要求

本章通过对最常见的磨损方式及其机理的讨论，了解材料磨损的本质及其影响因素，以期从材料的角度研究与探索控制磨损的方法和提高材料耐磨性，以延长机件使用寿命。

二．教学重点与难点

1.磨损的基本类型（难点）

2.磨损过程（重点）

3.耐磨性的测量方法（重点）

4.提高耐磨性的途径（重点）

三．主要外语词汇

摩擦：friction 磨损：wear 粘着磨损：adhesive wear 磨粒磨损：abrasive wear 接触疲劳：contact fatigue 耐磨性：wear resistance

四．参考文献

1. 张帆，周伟敏.材料性能学.上海：上海交通大学出版社，2009

2.束德林.金属力学性能.北京：机械工业出版社，1995

3.石德珂，金志浩等.材料力学性能.西安：西安交通大学出版社，1996

4.郑修麟.材料的力学性能.西安：西北工业大学出版社，1994

5.姜伟之，赵时熙等.工程材料力学性能.北京：北京航空航天大学出版社，1991

6. 张静.,纳米SiO2与玻璃纤维混杂增强聚酰胺6 复合材料[J].中国塑料，2010，24（7）：83-85

的摩擦磨损性能研究

五．授课内容

第六章材料的磨损性能

零件间的相对运动→摩擦→材料损耗破坏

材料的磨损不仅直接影响零件的使用寿命，还会增加能耗，产生噪音和振动，造成环境污染，因此，研究材料的磨损过程及规律，提高材料的耐磨性，具有重要意义。

第一节磨损的基本概念及类型

一、摩擦与磨损的概念

1、摩擦

摩擦是相互接触物体间的一种阻碍运动的现象

摩擦力

F = f·N

f—摩擦系数

f静>f动

N —接触法向压力

2、磨损

在摩擦的作用下，材料表面逐渐分离出磨屑而导致材料不断损伤的现象。磨损的本质：材料表面局部变形和断裂，且这种变形与断裂是反复进行的，具有动态特征。

零件正常运行的磨损过程一般分三个阶段：

A、跑合阶段（OA段）

零件表面被逐渐磨平，实际接触面积不断增大。

材料表层产生应变硬化，磨损速率逐渐下降。

B、稳定磨损阶段（AB段）

该段为一直线，斜率即磨损速率（常数），零件正常工作阶段，零件的寿命取决于该阶段。

C、剧烈磨损阶段（BC段）

随着磨损量的增加，摩擦幅间隙增大，零件表面质量恶化（强化层磨穿），润滑膜被破坏，引起剧烈振动，磨损加剧，零件快速失效。

二、磨损的基本类型

根据磨损面损伤和破坏的形式，将磨损分为：

粘着磨损

磨料磨损

腐蚀磨损

麻点疲劳磨损

磨损类型在一定条件下，可以相互转化如图，摩擦副相对滑动速度与磨损类型的关系：

解决实际磨损问题时，要根据工作条件，确定磨损类型，才能采取有效措施，减少磨损。

第二节 磨损过程

一、粘着磨损（咬合磨损） 1、产生原因

材料表面某些接触点局部压应力超过屈服强度发生粘合，随后摩擦副相对运动时拽开（拉开）而产生的一种表面损伤磨损。 2、产生条件

摩擦副相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱，润滑条件差，以及接触应力大以及机械性能相差不大的摩擦副的滑动摩擦条件下。 3、磨损特征

摩擦副表面产生大小不等的结疤，粘着点不断形成又不断破坏并脱落。 4、粘着磨损的两种形式

a 、若粘着点结合强度低于两侧材料，则沿接触面剪断，磨损量较小，摩擦面较平滑，只有轻微擦伤（巴氏合金—钢的滑动摩擦）。

b 、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，结果，使软材料表面出现微小凹坑，硬材料表面形成微小凸起。使得摩擦面变得粗糙，造成进一步 磨损（加剧磨损）。

这种软材料向硬材料表面逐渐转移积累，最终使不同材料之间的摩擦副滑动变成同种材料之间的滑动，加剧磨损，严重时产生咬死现象。如，铅基合金轴瓦与钢轴之间会产生上述情况。

5、阿查得（J.F .Archard ）估算粘着磨损量的方法：

设在法向力P 作用下，摩擦面上有n 个微凸体接触粘着。

接触面的真实面积为πd2/4，则n 个相同的接触点同时塑性接触时,法向力p

单位滑动距离内出现的接触点数： N=n/d=4p/(3πσsc d 3)。

实际相对滑动中，软材料上被拉拽出半球的几率为K ，总拉拽出的磨损量W 可表示为：

Hv 为软材料硬度，Hv ≈3σsc V’为接触点半球体积

粘着磨损系数K 与接触压力的关系

sc

d

n

p σπ34

2

=

6.影响粘着磨损的因素

(1)脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。

(2)金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨损也越严重。反之，金属间互溶程度越小，晶体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较轻微。

滑动轴承就是这样的例子，选用淬火钢轴与锡基或铝基轴瓦配对。在受力较小时，选用金属与塑料配对都能减小粘着磨损。

滑动轴承就是这样的例子，选用淬火钢轴与锡基或铝基轴瓦配对。在受力较小时，选用金属与塑料配对都能减小粘着磨损。

(4)改善润滑条件

(5)粘着磨损严重时表现为胶合

7.粘着磨损失效举例

二、磨粒磨损（磨料磨损、研磨磨损）

1、定义

是摩擦副的一方表面存在的细微凸起或接触面间存在硬质粒子时产生的磨损。

前者—两体磨粒磨损，如锉削过程。

后者—三体磨粒磨损，如抛光过程。

2、分类

按磨粒受的应力大小：

凿削式

高应力碾碎式

低应力擦伤式

3、特征

摩擦面上有擦伤或沟槽（犁沟）。

磨粒对摩擦副表面作用的力分法向力和切向力。

法向力在表面形成压痕；切向力推动磨料前进，产生浅长滑痕（切痕）。