磨粒磨损(课堂PPT)
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➢磨粒磨损过程中存在塑性变形和断裂两种去除 机理。当磨粒与塑性材料表面接触时，主要发 生显微切削、显微犁沟两种塑性变形的磨损方
式。
➢当磨粒和脆性材料表面(如玻璃、陶瓷和碳化物 等)接触时，主要以表面断裂破坏为主。
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• 磨粒磨损过程中材料的去除机理
塑性变形和断裂两种方式
6
切削作用的磨粒磨损模型(塑性变形)
区的应力分布。当摩擦系数m＞0.2时,最大综 合切应力位置移到材料表面,此时的接触疲 劳裂纹也移到机件表面产生。
21
3.接触疲劳的过程
• (1)麻点剥落
22
(2)浅层剥落
23
• (3)深层剥落
24
25
五、 其他磨损 • 腐蚀磨损
腐蚀速率取决于腐蚀特性和磨损过程。 • 冲蚀磨损
脆性和延性两种磨损机制。
8
磨粒磨损的估算(断裂方式)
• 断裂方式： • V=KP5/4d1/2KIC-3/4H-1/2L • KIC：断裂韧性
9
2. 磨粒磨损过程的影响因素 (1)磨粒特性的影响 磨粒的硬度、形状和粒度对材料
的磨损过程均有影响。 a. 硬度 b. Ha/Hm<1 软磨粒磨损； c. Ha/Hm>1.2 硬磨粒磨损； d. 1<Ha/Hm<1.2 线性磨损
接触疲劳的宏观形态特征是:接触表面出现许 多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑(麻坑),有的 凹坑较深,底部有疲 劳裂纹扩展线的痕迹。
14
15
接触疲劳的基本类型
• 根据剥落裂纹起始位置及形态的差异，接触疲劳 破坏分为三类。 麻点剥落(点蚀),剥落深度0.1∼0.2mm，剥块形 状为不对称V型针状或痘状凹坑。 浅层剥落,剥落深度一般为0.2mm∼0.4mm,剥块底 部大致与表面平行,裂纹沿与表面成锐角或直角扩展。 深层剥落(表面压碎),剥落深度与表面强化层深 相当(＞0.4mm),剥落时裂纹垂直于表面扩展。 接触疲劳也经历了裂纹形成与扩展两阶段。裂 纹形成过程长,扩展阶段仅占总破坏时间的很小部分。
16
2.接触应力
• 两物体相互接触时,在局部表面产生的 压应力称为接触应力,也叫赫兹应力。接触 应力分为线接触与点接触两类，前者如齿 轮的接触,后者如滚珠轴承的接触。
17
a.线接触
两物体受压力接触时， 在对称中心(y=0)，距表面深 度为0.786b处将产生最大切
应力tyz45°max ，方向与接触
磨损率：
摩擦系数：
28
29
3. 磨损表面形貌分析
30
31
接触疲劳试验
32
接触疲劳曲线σmaBiblioteka Baidu—N
33
热疲劳试验
34
35
7
磨粒磨损的估算(塑性变形)
P 3 sc r2 H r2
被切削下来的软材料体积，即为磨损量W，可表示为:
W 12rrtan Lr2Ltan
2
将式r2代入上式得，可表示为:
WP3L tascnKPH L tan
K为系数。可见磨粒磨损量w与接触压力P,滑动距离L成正比,与
材料硬度H成反比,与硬材料凸出部份或磨粒形状有关。
12
• 各种材料的磨粒磨 损相对耐磨性
13
四、疲劳磨损
• 1. 现象与特征
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,是齿轮、滚动轴承等工件常见的磨损失效形式。
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六、提高零件耐磨性的途径
➢ 工程结构的合理设计
➢ 零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择正确选材
➢ 材料表面耐磨与减摩处理
通过表面工程技术提高耐磨性一般从两个方面着手： • 一是使表面具有良好的力学性能，如高硬度、高韧
度等； • 二是设法降低材料表面的摩擦系数。
27
七、磨损的实验表征
1. 销-盘磨损实验
2
磨粒磨损的主要特征
磨粒磨损的主要特征是摩擦面上有擦伤或因明 显犁皱形成的沟槽。
磨粒磨损表面微观典型形貌
3
磨粒磨损机理
法向力形成压痕,切向力推动磨粒向前进。 磨粒形状与位向适当时, 磨粒似刀具切削表面, 切痕长而浅。 当磨粒较圆钝或材料表面塑性较高时,磨粒滑过 后仅犁出沟槽,两侧材料沿沟槽两侧堆积, 随后的 摩擦又会将堆积的部分压平,如此反复地塑性变形, 堆积,压平,便导致裂纹形成并引起剥落。 对碾碎性磨粒磨损, 磨粒对摩擦表面的作用主 要是使材料表面产生应力集中,韧性材料反复塑性 变形,导致疲劳破坏及脆性材料表面产生脆断。
三、磨粒磨损
磨粒磨损示意图 硬的颗粒或硬的突起物在摩擦过程中引起物体界面材料 脱落的现象称为磨粒磨损，也称为磨料磨损。
1
• 磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损。 是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微 凸起或在接触面间存在硬质粒子(从外 界进入或从表面剥落)时产生的磨损。 前者称两体磨粒磨损,如锉削过程；后 者称三体磨粒磨损,如抛光过程。依据 磨粒受的应力大小,磨粒磨损可分为凿 削式,高应力碾碎式,低应力擦伤式3类。
e. b. 形状和粒度
<临界尺寸时，磨损 形状：尖锐>多角>圆粒
10
(2)材料力学性能与微观组织的影响 材料耐磨粒磨 损性能主要决定于其硬度，尤其是磨损后材料的 表面硬度，而与其它力学性能无必然关系。
11
• (3)工况和环境条件的影响 工况与环境条件 的影响因素主要指速度、载荷、磨损距离、 磨粒冲击角，以及环境湿度、温度和腐蚀 介质等。
面相交45°。两物体一旦脱 离接触,该值即刻降为零。 在连续滚动过程中切应力交
替变化着，为0∼tyz45°max脉
动循环应力,应力半幅为
t 1/2 yz45°max=0.15zmax。
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沿接触深度的最大切应力分布
19
b.点接触应力
zmax0.3883
PE2 R2
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• 以上讨论均为纯滚动情况,若两接触物体既滚动又 滑动,切向摩擦力与接触应力共同作用将改变接触
➢磨粒磨损过程中存在塑性变形和断裂两种去除 机理。当磨粒与塑性材料表面接触时，主要发 生显微切削、显微犁沟两种塑性变形的磨损方
式。
➢当磨粒和脆性材料表面(如玻璃、陶瓷和碳化物 等)接触时，主要以表面断裂破坏为主。
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• 磨粒磨损过程中材料的去除机理
塑性变形和断裂两种方式
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切削作用的磨粒磨损模型(塑性变形)
区的应力分布。当摩擦系数m＞0.2时,最大综 合切应力位置移到材料表面,此时的接触疲 劳裂纹也移到机件表面产生。
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3.接触疲劳的过程
• (1)麻点剥落
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(2)浅层剥落
23
• (3)深层剥落
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五、 其他磨损 • 腐蚀磨损
腐蚀速率取决于腐蚀特性和磨损过程。 • 冲蚀磨损
脆性和延性两种磨损机制。
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磨粒磨损的估算(断裂方式)
• 断裂方式： • V=KP5/4d1/2KIC-3/4H-1/2L • KIC：断裂韧性
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2. 磨粒磨损过程的影响因素 (1)磨粒特性的影响 磨粒的硬度、形状和粒度对材料
的磨损过程均有影响。 a. 硬度 b. Ha/Hm<1 软磨粒磨损； c. Ha/Hm>1.2 硬磨粒磨损； d. 1<Ha/Hm<1.2 线性磨损
接触疲劳的宏观形态特征是:接触表面出现许 多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑(麻坑),有的 凹坑较深,底部有疲 劳裂纹扩展线的痕迹。
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接触疲劳的基本类型
• 根据剥落裂纹起始位置及形态的差异，接触疲劳 破坏分为三类。 麻点剥落(点蚀),剥落深度0.1∼0.2mm，剥块形 状为不对称V型针状或痘状凹坑。 浅层剥落,剥落深度一般为0.2mm∼0.4mm,剥块底 部大致与表面平行,裂纹沿与表面成锐角或直角扩展。 深层剥落(表面压碎),剥落深度与表面强化层深 相当(＞0.4mm),剥落时裂纹垂直于表面扩展。 接触疲劳也经历了裂纹形成与扩展两阶段。裂 纹形成过程长,扩展阶段仅占总破坏时间的很小部分。
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2.接触应力
• 两物体相互接触时,在局部表面产生的 压应力称为接触应力,也叫赫兹应力。接触 应力分为线接触与点接触两类，前者如齿 轮的接触,后者如滚珠轴承的接触。
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a.线接触
两物体受压力接触时， 在对称中心(y=0)，距表面深 度为0.786b处将产生最大切
应力tyz45°max ，方向与接触
磨损率：
摩擦系数：
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3. 磨损表面形貌分析
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接触疲劳试验
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接触疲劳曲线σmaBiblioteka Baidu—N
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热疲劳试验
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磨粒磨损的估算(塑性变形)
P 3 sc r2 H r2
被切削下来的软材料体积，即为磨损量W，可表示为:
W 12rrtan Lr2Ltan
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将式r2代入上式得，可表示为:
WP3L tascnKPH L tan
K为系数。可见磨粒磨损量w与接触压力P,滑动距离L成正比,与
材料硬度H成反比,与硬材料凸出部份或磨粒形状有关。
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• 各种材料的磨粒磨 损相对耐磨性
13
四、疲劳磨损
• 1. 现象与特征
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,是齿轮、滚动轴承等工件常见的磨损失效形式。
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六、提高零件耐磨性的途径
➢ 工程结构的合理设计
➢ 零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择正确选材
➢ 材料表面耐磨与减摩处理
通过表面工程技术提高耐磨性一般从两个方面着手： • 一是使表面具有良好的力学性能，如高硬度、高韧
度等； • 二是设法降低材料表面的摩擦系数。
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七、磨损的实验表征
1. 销-盘磨损实验
2
磨粒磨损的主要特征
磨粒磨损的主要特征是摩擦面上有擦伤或因明 显犁皱形成的沟槽。
磨粒磨损表面微观典型形貌
3
磨粒磨损机理
法向力形成压痕,切向力推动磨粒向前进。 磨粒形状与位向适当时, 磨粒似刀具切削表面, 切痕长而浅。 当磨粒较圆钝或材料表面塑性较高时,磨粒滑过 后仅犁出沟槽,两侧材料沿沟槽两侧堆积, 随后的 摩擦又会将堆积的部分压平,如此反复地塑性变形, 堆积,压平,便导致裂纹形成并引起剥落。 对碾碎性磨粒磨损, 磨粒对摩擦表面的作用主 要是使材料表面产生应力集中,韧性材料反复塑性 变形,导致疲劳破坏及脆性材料表面产生脆断。
三、磨粒磨损
磨粒磨损示意图 硬的颗粒或硬的突起物在摩擦过程中引起物体界面材料 脱落的现象称为磨粒磨损，也称为磨料磨损。
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• 磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损。 是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微 凸起或在接触面间存在硬质粒子(从外 界进入或从表面剥落)时产生的磨损。 前者称两体磨粒磨损,如锉削过程；后 者称三体磨粒磨损,如抛光过程。依据 磨粒受的应力大小,磨粒磨损可分为凿 削式,高应力碾碎式,低应力擦伤式3类。
e. b. 形状和粒度
<临界尺寸时，磨损 形状：尖锐>多角>圆粒
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(2)材料力学性能与微观组织的影响 材料耐磨粒磨 损性能主要决定于其硬度，尤其是磨损后材料的 表面硬度，而与其它力学性能无必然关系。
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• (3)工况和环境条件的影响 工况与环境条件 的影响因素主要指速度、载荷、磨损距离、 磨粒冲击角，以及环境湿度、温度和腐蚀 介质等。
面相交45°。两物体一旦脱 离接触,该值即刻降为零。 在连续滚动过程中切应力交
替变化着，为0∼tyz45°max脉
动循环应力,应力半幅为
t 1/2 yz45°max=0.15zmax。
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沿接触深度的最大切应力分布
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b.点接触应力
zmax0.3883
PE2 R2
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• 以上讨论均为纯滚动情况,若两接触物体既滚动又 滑动,切向摩擦力与接触应力共同作用将改变接触