磨料磨损

二、多次塑变导致断裂的磨损机理
（犁皱或微观压入）
✓ 当磨粒滑过表面时，除了切削外，大部分磨 粒只把材料推向前面或两旁。这些材料受到 很大的塑性形变，却没有脱离母体，同时在 沟底及沟槽附近的材料也受到较大的变形。
✓ 犁沟时一般可能有一部分材料被切削而形成 切屑，一部分则未被切削而形成塑变，被推 向两侧和前缘。
磨料磨损
§1 磨料磨损的定义与分类
1.定义： 一般是指硬的磨粒或凸出物在与机器零件表面相互 接触过程，使表面材料发生损耗的一种现象或过程。 磨粒或凸出物一般指非金属，如石英砂、矿岩等； 也可能是金属磨屑。 磨粒磨损机理目前尚不清楚。
2.分类Ⅰ 美国矿业系统，艾弗莱，矿山机械受力特点 1) 凿削式磨料磨损 2) 高应力研磨式磨料磨损 3) 低应力划伤式磨料磨损
三、疲劳磨损机理
✓疲劳磨损机理在一般磨粒磨损中起主导作用；
✓疲劳是指重复应力循环引起的一种特殊破坏形 式，其应力幅不超过材料的弹性极限。
✓疲劳磨损是由于表层微观组织受周期载荷作用 而产生的。
✓其特征是材料在强化过程进展的同时，过程的 速度强烈地决定于周围的介质以及介质对强化 的作用。
✓标准的疲劳过程常有潜伏期，在此期间材 料外部发生硬化但不出现任何微观破坏。 当进一步发展时，在材料表层出现硬化的 滑移塑变层和裂纹。
✓ 若犁沟时全部的沟槽体积被推向两旁和前缘 而不产生任何一次切屑时，称之为犁皱。
✓犁沟或犁皱后堆积在两旁和前缘的材料以 及沟槽中的材料，当受到随后的磨料作用 时，可能把堆积起的材料重新压平;
✓也可能使已变形的沟底材料遭到再一次的 犁皱变形;
✓如此反复塑变，导致材料的加工硬化或其 它强化作用，终于剥落而成为磨屑。
分类Ⅱ 艾弗莱，1975，磨料磨损的性质 1) 纯流体冲蚀 2) 冲击冲蚀：指流体所带的固体颗粒对金属表面进行冲击。 3) 冲刷磨损：指平行流体的硬颗粒的低应力磨料磨损。 4) 切削式磨料磨损： 5) 高应力研磨磨料磨损 6) 凿削式磨料磨损 7) 冲刷腐蚀磨损
分类Ⅲ 磨料的固定状态 1) 自由磨料 2) 固定磨料
Kabr
3WV H LS
3tg
0.96tg
tg
简单的磨料磨损方程也可写作：
W
WV S
K abr
L 3H
Ltg
3H
补充说明：
1、三体磨料磨损系数要小于两体磨料磨损，三 体磨料磨损过程中磨粒大约90%时间在滚动， 故磨损较小（可能原因）；
2、Kabr=0.96×tgθ，是理论值，只考虑磨粒的形
✓莫尔（Moore）磨损量公式
单位面积上的载荷 材料的断裂韧度
Wp
5
4
d
1 2
Kc
3 4
H
1 2
材料的硬度
单位面积上的磨损量 磨粒的平均直径
✓脆性材料的实际体积磨损决定于由断裂机 理、微观切削和塑性变形机理所产生的综 合磨损；
✓各种机理的平衡，取决与平均压痕深度和 产生断裂的临界压痕深度tc；
✓低周应变疲劳：材料在超过其弹性极限的 周期性重复应力作用下产生的破坏现象。 扩大了“疲劳”的含义。
✓克拉盖尔斯基、维洛格拉洛夫、吉宁巴乌 姆等关于疲劳磨损的研究论断存有异同。
四、微观断裂（剥落）磨损机理
✓磨损时，磨粒的压入对于有些材料（特别是脆 性材料）其断裂机理可能占支配地位；
✓当断裂发生时，压痕四周外围的材料会被磨损 剥落，即磨损系数Kabr大于1，磨损量也大。
假如把所有作用的磨粒相加，则磨损率为：
各圆锥形磨粒 tgθ的平均值
W
WV
tg
L
S H
简化的磨料磨损方程式
表明：
磨损量与载荷及滑动距离成正比； 磨损量与磨损材料的硬度成反比。 方程式与阿查德磨损方程基本相同；
W
WV
tg
L
S H
WV K L （阿查德磨损方程） S 3H
根据阿查德磨损方程，磨料磨损系数Kabr为：
状系数，并假设所有磨粒都参加切削，同时
犁出的沟槽体积都成为磨屑；
3、磨损过程影响因素很多，如载荷、硬度、运 动情况、环境等，应用时应加以修正。
§3 磨料磨损ห้องสมุดไป่ตู้理
是指零件表面和磨料发生摩擦接触的磨损过程； 亦指从表面产生和脱落磨屑的过程； 磨料磨损机理迄今尚不十分清楚，存有争论； 综述如下：
一、微观切削磨损机理
L H B2
4
法向载荷 被磨材料硬度
压痕直径
沟槽的截面积 沟槽深度
Ag
1 2
Bt
1 4
B2tg
L tg H
WV
Ag
S
L S tg H
被迁移的沟槽体积
单位滑动距离材料的迁移：
WV S
Ag
K1B2 K2t 2
磨粒的形状系数
表明： 单位滑动距离材料的迁移与磨沟的宽度 平方或与磨沟的深度平方成正比
✓磨屑呈块状或片状；显微观察可看到，经反复 塑变和碾压后的层状折痕和表面上一些台阶、 压坑及二次裂纹；
✓材料多次塑性变形的磨损是因为多次变形引起 材料晶格的残余畸变，同时达到材料不破坏其 间联系而无法改变其形状的极限状态。
✓即达到材料不可能在继续变形和吸收能量。
✓塑性变形降低了 材料应力重新分配的能力， 故有些截面（当外力不变时）由于应力集中使 之逐渐由塑性变为脆性状态。
✓ 磨粒作用在零件表面的力，分法向力和切向力；
✓ 法向力使磨粒压入表面，形成压痕；
✓ 切向力使磨粒向前推进，如形状与位向适当时， 磨粒对表面进行切削，形成切屑；
✓ 切削的宽度和深度很小，故切屑也很小；
✓ 微观观察表明：切屑具有机加工中切屑特征，即： 长宽比较大，切屑一面较光滑，另一面具有滑动 的台阶或卷曲现象。
✓ 微观切削磨损是材料表面磨损的主要机理；
✓ 磨料和表面接触时发生切削的概率不大；
✓ 磨粒形状成圆钝时，或犁沟的过程中磨粒的棱角 而不是棱边对着运动方向时，或磨粒和表面间夹 角太小，或表面材料塑性很高时，磨粒沿表面滑 过后只犁出一条沟，把材料推向两边或前面，不 形成切屑；
✓ 对于松散的自由磨粒，大约90%以上的磨粒，发 生滚动，只能压出印痕；
分类Ⅳ 磨损接触的物体表面 1) 两体磨料磨损 2) 三体磨料磨损 还有许多不同的分类方法
§2 磨料磨损的简化模型
拉宾诺维奇 Rabinowicz,《材料的摩擦与磨损》； 简化的磨料磨损模型
tθ
迁移体积
S
假定:单颗圆锥形磨粒 在载荷ΔL作用下,压入较软材料中,并在 切向力作用下,在表面滑动了ΔS距离,犁 出一条沟槽。