磨损机理(一)

➢ 因此，设计中选择许用应力必须低于材料硬度的1/3，才 有可能减轻或不发生粘着磨损。
➢ 要减少粘着磨损和确定磨损率，试验数据或经验数据是 必需的。在名义压力不超过引起磨损系数K急剧增大的临 界值时，某些工作条件下的K值见下表
➢ 表 某些工作条件下的磨损系数K
介质 空气
摩擦条件
摩擦副材料
室温洁净表 面
➢ 第3定律也有局限性。实际上，只有摩擦副双方是由相同 的、而且不含合金的金属组成时，才有可能按其硬度估计 粘着磨损；如果用的是合金或不同材料的摩擦副，则硬度 就不能反映它们的粘着系数、粘着磨损或粘着引起的咬死 等情况。
➢ 减少黏着磨损的措施有：润滑是减少黏着磨损最有效、最 经济的方法；对金属表面进行化学处理（硫化、磷化、氮 化）；提高表面光洁度，但特别光滑的表面，黏着磨损反 而增加；控制摩擦表面的温度。
类型 轻微磨损 涂抹 擦伤
划伤 胶合
损坏现象
损坏原因
剪切破坏发生在粘着结合 粘着结合强度比摩擦副的两基本金属抗剪
面上，表面转移的材料
强度都弱
较轻微
剪切破坏发生在离粘着结 合面不远的较软金属浅 层内，软金属涂抹在硬 金属表面上
粘着结合强度大于较软金属的抗剪强度， 但小于较硬金属的抗剪强度
剪切主要发生在较软金属 的亚表层内有是也发生 在硬金属的亚表层内; 转移到硬金属上的粘着 物又使软表面出现细而 浅的划痕，有时硬金属 表面也有划伤
➢ 磨粒磨损Abrasive wear ➢ 物体表面与磨料相互摩擦引起表面材料损失的现象叫磨料
磨损。它是指一个表面同它相匹配表面上的质硬物体或硬 质颗粒，产生切削或刮擦作用，引起材料表面破坏，分离 出磨屑或形成划伤的磨损。
➢ 磨粒磨损是机械磨损的一种，非常普遍，危害性 很大，据统计约占磨损总数的一半。在农业机械、 工程机械、建筑机械、矿山机械、运输机械中的 许多机械零件因工作条件恶劣，与泥砂、矿百、 灰渣等直接接触，发生摩擦，产生不同形式的磨 粒磨损。
➢ 3.相对耐磨性:εr=ε(试样)/ε(标样) ➢ 磨粒磨损的机理有三种假说：（1）微切削假说，
即磨粒磨损是由于磨料颗粒沿金属表面进行微量 切削过程引起的;（2）疲劳破坏假说，即磨粒磨 损是磨粒使金属表面层受交变应力和变形，便材 料表面疲劳破坏;（3）压痕假说，对于塑性较大 的材料，因磨粒在力的作用下压人材料表面而产 生压痕，从表面层上挤出剥落物。 ➢ 下图是以微凸体（a）或是磨屑（b）为特征 的磨粒磨损，通过可延展或是脆性的方式使摩擦 副表面变形进而导致断裂，裂纹和磨屑的产生 。
➢ 总之，磨粒磨损的机理是属于磨料颗粒的机械作 用。它在很大程度上与磨粒的相对硬度、形状、 大小、固定程度以及载荷作用下磨粒与被磨表面 的力学性能有关。磨粒 的来源有外界砂尘、切屑 侵入、流体带入、表面磨损产物、材料组织的表 面硬点及夹杂物等。例如，在采矿、物料运输、 农机或工程机械作业和原材料加工处理过程 中。 若沙粒或尘粒进入零件副的滑动面或滚动面上， 则同样会发生严重的磨料磨损，如开式齿轮传动 等。若磨屑不能从它形成的地方被润滑油带走并 过滤掉，也会导致磨料磨损。
➢ 减少磨粒磨损一般从两方面采取措施，一是防止 或减少磨粒进入摩擦表合强度比两基本金属的抗剪强度都 高
剪切破坏发生在摩擦服一 粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都
方或双方金属较深处，
高，切应力高于粘着结合强度
表面呈现宽而深的划痕
摩擦副之间发生严重粘着 而不能相对运动
粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都 高，而且粘着区域大，切应力低于粘着 结合强度
➢ 胶合是粘着磨损中最严重的形式，会造成大片金属被撕脱或表面间完 全“咬死”，是齿轮、蜗杆等传动的失效形式之一。
➢ 在开放式的机械运动中， 许多零件与矿石或泥沙 等直接接触，磨粒磨损就是其主要的磨损形式。 实验表明，当金属材料的硬度比磨粒的硬度大30 ％时， 被磨表面的磨损量就非常小。
➢ 磨粒磨损有凿削式、高应力碾碎式及低应力擦伤 式等三种形式。
➢ 为了对比不同材料的磨料磨损特性，规定了以下 度量单位：
➢ 1.磨损量: W; ➢ 2.耐磨性:ε=1/W;
清洁表面
铜对铜 低碳钢对低碳钢 不锈钢对不锈钢 铜对低碳钢 所有的金属
润滑不良表面 所有的金属
K 10-2 10-2 10-2 10-3 10-3～10-4 10-4～10-5
二氧化碳 氦气 真空
润滑良好表面
磨料磨损
载荷39.2N 速度3cm/s 室温
载荷39.2N 速度3cm/s 室温
载荷9.8N 速度1.95cm/s 室温 2.7×10-8～ 6.7×10-9Pa
➢ 式中：Wv—粘着磨损的体积磨损量； ➢ H—摩擦副中较软一方的材料硬度；
➢ FN—法向载荷；
➢ s—滑动行程；
➢ K—磨损系数，按不同的滑动材料组合和不同的摩擦条件试验测得。 ➢ 由此得到下面三条磨损定律：
➢ 1.材料磨损量与行程成正比； ➢ 2.材料磨损量与载荷成正比； ➢ 3.材料磨损量与较软材料的硬度成正比； ➢ 在采用上式时应注意其使用范围：第1定律可适用于多种
➢ 油润滑的金属表面在油膜破裂后可能发生黏着。 无油表面在表面污染膜失效后金属才能直接黏着。
➢ 粘着磨损使摩擦副表面的几何形状发生变化，从 光学显微镜下可以看到表面擦伤、划伤、材料转 移、咬死焊点和疲劳点蚀等磨损形态。
➢ 黏着磨损的主要类型
➢ 按照摩擦表面损伤程度可划分为五类黏着磨损， 示于下表：
所有的金属
钢
黄铜
各种金属
黄铜—表面淬火钢
铜—表面淬火钢
软钢—表面淬火钢
黄铜—表面淬火钢
铜—表面淬火钢
软钢—表面淬火钢
洁净面
不锈钢—不锈 钢
PbO薄膜面 Sn薄膜面 Au薄膜面
MoS2薄膜面
10-6～10-7 10-1 10-2 10-2 10-4 10-6 10-7 10-4 10-6 10-6 10-3 10-6 10-7 10-7 10-9～10-10
磨损机理（一）
➢磨损机理（一）
➢ 磨损机理
➢ 黏着磨损Adhesive wear
➢ 两个固体表面接触，由于表面不平，实际 上是微凸体之间的接触，在相对滑动和一 定载荷作用下，接触点发生塑性变形或剪 切，摩擦表面温度增高，严重时表层金属 局部会软化或熔化，使接触点发生黏着或 焊合。然后出现黏着——剪断——再黏 着——再剪断的循环过程，形成了材料的 转移，造成了黏着磨损。
➢ 从微观角度解释其机理，则是高的接触应 力，造成表面相互嵌入，破坏了表面膜， 使纯洁金属接触部分形成了分子相互吸引 的条件进行黏着，运动中再撕开，其中可 能产生了一部分分子的转移。磨损的产生 则是由于原子键联结并不一定都在原始微 观接触处 断开，而有可能在摩擦副中较弱 方的表面层附近断开，结果使材料从摩擦 副一方到另一方的转移，经常形成松脱的 磨屑。
条件。第2定律只适用于有限的载荷范围。实验证明，当 压力不超过大约HB/3（HB—钢的布氏硬度）时，钢-钢摩 擦副的K值接近常量，因而磨损率与载荷成正比；而超过 此压力后K值急剧增大，因而磨损率也急剧增大，如 图。 结论是，在超过HB/3的临界载荷时就会发生大面积的严重 粘着。对于其他金属，K值开始增大时的平均压力往往低 于HB/3，也获得了同样的结果。实际上，在法向载荷下， 临界载荷HB/3是个别微凸体下面的塑性区开始相互作用的 压力，而当压力超过HB/3时将使表面微凸体之间呈现塑性 接触，因而真实接触面积不再与载荷成正比。当有切向力 （摩擦力）存在时，法向压力低于HB/3也会发生这种情况。
➢ 粘着磨损与其他磨损形式的很大不同在于，其他磨损形式一般都需要 一些时间来扩展或达到临界破坏值，而粘着磨损则发生的非常突然； 这主要发生在滑动副或滚动副之间没有润滑剂时，或期间油膜受到过 大负荷或过高温度而破坏时。严重时，机械系统中运动零件的“咬死” 将导致灾难性失效，如轴承抱死、剧烈磨损等。
➢ 简化的粘着磨损计算公式：