材料磨损与耐磨材料(第3章磨粒磨损)
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➢§3.2.1 磨粒磨损的概念 ➢§3.2.2 磨粒磨损的分类 ➢§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理 ➢§3.2.4 磨粒磨损的影响因素
18
§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
（1）磨粒磨损的简化模型： ➢ Rabinowicz （拉宾诺维奇）在1966年提出磨粒磨损简
化模型，如下图所示。并导出定量计算公式： ➢ 模型计算的3个假设：
损类型。 （1）一般将磨粒磨损分为三大类： 第一、低应力擦伤式磨粒磨损，如图1.3-20。
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低应力磨粒磨损—— 磨粒与材料表面间的作用力小于磨粒本身压溃强度时的力。 磨损结果是在材料表面只发生微小的划痕（擦伤），既不使磨粒 破碎又能使材料不断流失的磨损方式，宏观可见磨损表面比较光 亮，高倍观察可见微细的磨沟或微坑一类磨损。典型零件如农机 具的磨损、运输过程的溜槽、漏斗、料车等。
腐蚀磨粒磨损：同环境条件发生化学或电化学反应，
而磨损是材料损失的主要原因。
14
请根据宏观图片，结合工况，辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：
叶轮
密封环
15
§3.2.2 磨粒磨损的分类
（3）根据接触条件 ➢ 两体磨粒磨损：颗粒直接作用于材料表面 ➢ 三体磨粒磨损：颗粒处于两个被磨材料表面间。
16
§3.2.2 磨粒磨损的分类
设屈服极限与硬度相等，则
r2 P/H
θ—磨粒圆锥体夹角 P—法向载荷； H—金属材料的硬度；
20
§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
x rtg V12rxLrxL 2
r2 P/H
V /L r x r 2 tgr 2 tg/ tg P /H
V L
P
H
• tg
令 Kabr tg/
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§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
1
2
3
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6
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§3.2.2 磨粒磨损的分类
（2）根据使用条件，还有如下分类：
冲击磨粒磨损：磨粒（通常是块状）垂直或以一定 的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损相似，但局 部应力要高得多。
冲蚀磨粒磨损：材料同含有固体颗粒的液体作相对运 动，在表面造成的损耗。
气蚀-冲蚀磨粒磨损：固体同液体作相对运动，在气 泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损，并伴有流体与 磨粒的冲蚀作用。
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§3.2.2 磨粒磨损的分类
第三，凿削式磨粒磨损，如图所示。 凿削式磨损的产 生主要由于磨粒中的磨粒包含大块磨粒．而且具有尖 锐棱角，对材料表面进行高应力和伴随冲击作用，使 材料表面撕裂出很大的颗粒或碎块，被磨材料表面形 成较深的犁沟或深坑，经常在运输或破碎大块磨粒时 发生。
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请根据宏观图片辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：
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§3.2.2 磨粒磨损的分类
第二，高应力磨粒磨损也称碎式磨粒磨损，如下图所示。
当磨粒与材料之间接触 压应力大于磨粒的压溃强度 时，韧性材料产生塑性变形 或疲劳，脆性材料则发生碎 裂或剥落。
磨损的磨粒在压碎前， 几乎没有滚动和切削，对被 磨表面的主要作用由接触处 集中压应力造成。
10
对塑性材料，就像打硬度一样，磨粒使材料表面 发生塑性变形，许许多多“压头”对材料表面作用， 使之发生不定向流动，最后由疲劳而破坏。对于脆硬 材料，几乎不发生塑性流动，磨损主要是脆性破裂的 结果。典型零件是滚式破碎机中的辊轮等（见右图）。
则：
V K abr P
L
H
V
K abr
PL H
Rabinowicz （拉宾诺维奇）模型物理意义：在一 定磨粒条件下，单位距离内磨损体积与施加载荷成 正比，而与材料的硬度成反比。它与阿查德方程相 似．即磨损量与载荷和滑动距离成正比，而与被磨 材料的硬度成反比。
局限性：
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局限性：（实际情况是：）
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§3.2 磨粒磨损
➢§3.2.1 磨粒磨损的概念 ➢§3.2.2 磨粒磨损的分类 ➢§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理 ➢§3.2.4 磨粒磨损的影响因素
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§3.2.1 磨粒磨损的概念
磨粒磨损是硬的磨(颗)粒或硬的凸出物在与摩 擦表面相互接触运动过程中，使表面材料发生损耗 的一种现象或过程。
不是单个、而是多个磨粒共同作用 材料发生塑性变形 磨损过程中常常会伴随有冲击的作用。 磨损环境的影响（温度、湿度、腐蚀介质等）
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§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
材料不发生塑性变形（刚体） 硬质磨粒简化为圆锥体 磨损过程为简单滑动
V：磨损体积 r： 磨粒圆锥
体半径
x ：磨粒压入 材料内深度
l(L)：滑动距离
1
V 2rxLrxL
2
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§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
➢ 因为磨粒压入金属材料内的深度，取决于压力的大小和 材料硬度的比值，所以
x rtg Psr2,r2P/s
粗糙表面上的硬微凸体对相对较软的摩擦配副表 面的划伤；
材料的工作表面随硬质颗粒的压入和摩擦所造成 的磨损。
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§3.2 磨粒磨损
➢§3.2.1 磨粒磨损的概念 ➢§3.2.2 磨粒磨损的分类 ➢§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理 ➢§3.2.4 磨粒磨损的影响因素
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§3.2.2 磨粒磨损的分源自文库 ➢ 磨粒磨损是一种常见的磨损形式，也是最重要的磨
（5）根据相对硬度
软磨粒磨粒磨损：Hm/Ha>0.8
硬磨粒磨粒磨损： Hm/Ha<0.8 a：磨粒 m: 材料
（6）根据表面损伤形貌 擦伤型磨粒磨损 刮伤型磨粒磨损 研磨型磨粒磨损 凿削型磨粒磨损 犁皱型磨粒磨损 微观裂纹型磨粒磨损
（7）根据磨损机理 塑性变形磨粒磨损 断裂磨粒磨损
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§3.2 磨粒磨损
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
1
Chapter 3: 材料的磨损机理
➢ §3.1 粘着磨损 ➢ §3.2 磨粒磨损 ➢ §3.3 腐蚀磨损 ➢ §3.4 疲劳磨损 ➢ §3.5 冲蚀磨损 ➢ §3.6 微动磨损
4
➢ 硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿 石等，也可能是金属，如落入齿轮间的金属屑等。
➢ 磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的，经常 是多种磨损机制综合作用的结果，而且随着磨损条件 的变化，可能从一种机制转化为另一种机制。
➢磨粒磨损Abrasion (Abrasive Wear)的2 个层次：
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§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
（1）磨粒磨损的简化模型： ➢ Rabinowicz （拉宾诺维奇）在1966年提出磨粒磨损简
化模型，如下图所示。并导出定量计算公式： ➢ 模型计算的3个假设：
损类型。 （1）一般将磨粒磨损分为三大类： 第一、低应力擦伤式磨粒磨损，如图1.3-20。
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低应力磨粒磨损—— 磨粒与材料表面间的作用力小于磨粒本身压溃强度时的力。 磨损结果是在材料表面只发生微小的划痕（擦伤），既不使磨粒 破碎又能使材料不断流失的磨损方式，宏观可见磨损表面比较光 亮，高倍观察可见微细的磨沟或微坑一类磨损。典型零件如农机 具的磨损、运输过程的溜槽、漏斗、料车等。
腐蚀磨粒磨损：同环境条件发生化学或电化学反应，
而磨损是材料损失的主要原因。
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请根据宏观图片，结合工况，辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：
叶轮
密封环
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§3.2.2 磨粒磨损的分类
（3）根据接触条件 ➢ 两体磨粒磨损：颗粒直接作用于材料表面 ➢ 三体磨粒磨损：颗粒处于两个被磨材料表面间。
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§3.2.2 磨粒磨损的分类
设屈服极限与硬度相等，则
r2 P/H
θ—磨粒圆锥体夹角 P—法向载荷； H—金属材料的硬度；
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§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
x rtg V12rxLrxL 2
r2 P/H
V /L r x r 2 tgr 2 tg/ tg P /H
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§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
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§3.2.2 磨粒磨损的分类
（2）根据使用条件，还有如下分类：
冲击磨粒磨损：磨粒（通常是块状）垂直或以一定 的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损相似，但局 部应力要高得多。
冲蚀磨粒磨损：材料同含有固体颗粒的液体作相对运 动，在表面造成的损耗。
气蚀-冲蚀磨粒磨损：固体同液体作相对运动，在气 泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损，并伴有流体与 磨粒的冲蚀作用。
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§3.2.2 磨粒磨损的分类
第三，凿削式磨粒磨损，如图所示。 凿削式磨损的产 生主要由于磨粒中的磨粒包含大块磨粒．而且具有尖 锐棱角，对材料表面进行高应力和伴随冲击作用，使 材料表面撕裂出很大的颗粒或碎块，被磨材料表面形 成较深的犁沟或深坑，经常在运输或破碎大块磨粒时 发生。
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请根据宏观图片辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：
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§3.2.2 磨粒磨损的分类
第二，高应力磨粒磨损也称碎式磨粒磨损，如下图所示。
当磨粒与材料之间接触 压应力大于磨粒的压溃强度 时，韧性材料产生塑性变形 或疲劳，脆性材料则发生碎 裂或剥落。
磨损的磨粒在压碎前， 几乎没有滚动和切削，对被 磨表面的主要作用由接触处 集中压应力造成。
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对塑性材料，就像打硬度一样，磨粒使材料表面 发生塑性变形，许许多多“压头”对材料表面作用， 使之发生不定向流动，最后由疲劳而破坏。对于脆硬 材料，几乎不发生塑性流动，磨损主要是脆性破裂的 结果。典型零件是滚式破碎机中的辊轮等（见右图）。
则：
V K abr P
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H
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K abr
PL H
Rabinowicz （拉宾诺维奇）模型物理意义：在一 定磨粒条件下，单位距离内磨损体积与施加载荷成 正比，而与材料的硬度成反比。它与阿查德方程相 似．即磨损量与载荷和滑动距离成正比，而与被磨 材料的硬度成反比。
局限性：
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局限性：（实际情况是：）
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§3.2 磨粒磨损
➢§3.2.1 磨粒磨损的概念 ➢§3.2.2 磨粒磨损的分类 ➢§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理 ➢§3.2.4 磨粒磨损的影响因素
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§3.2.1 磨粒磨损的概念
磨粒磨损是硬的磨(颗)粒或硬的凸出物在与摩 擦表面相互接触运动过程中，使表面材料发生损耗 的一种现象或过程。
不是单个、而是多个磨粒共同作用 材料发生塑性变形 磨损过程中常常会伴随有冲击的作用。 磨损环境的影响（温度、湿度、腐蚀介质等）
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§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
材料不发生塑性变形（刚体） 硬质磨粒简化为圆锥体 磨损过程为简单滑动
V：磨损体积 r： 磨粒圆锥
体半径
x ：磨粒压入 材料内深度
l(L)：滑动距离
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§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
➢ 因为磨粒压入金属材料内的深度，取决于压力的大小和 材料硬度的比值，所以
x rtg Psr2,r2P/s
粗糙表面上的硬微凸体对相对较软的摩擦配副表 面的划伤；
材料的工作表面随硬质颗粒的压入和摩擦所造成 的磨损。
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§3.2 磨粒磨损
➢§3.2.1 磨粒磨损的概念 ➢§3.2.2 磨粒磨损的分类 ➢§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理 ➢§3.2.4 磨粒磨损的影响因素
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§3.2.2 磨粒磨损的分源自文库 ➢ 磨粒磨损是一种常见的磨损形式，也是最重要的磨
（5）根据相对硬度
软磨粒磨粒磨损：Hm/Ha>0.8
硬磨粒磨粒磨损： Hm/Ha<0.8 a：磨粒 m: 材料
（6）根据表面损伤形貌 擦伤型磨粒磨损 刮伤型磨粒磨损 研磨型磨粒磨损 凿削型磨粒磨损 犁皱型磨粒磨损 微观裂纹型磨粒磨损
（7）根据磨损机理 塑性变形磨粒磨损 断裂磨粒磨损
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§3.2 磨粒磨损
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 3: 材料的磨损机理
➢ §3.1 粘着磨损 ➢ §3.2 磨粒磨损 ➢ §3.3 腐蚀磨损 ➢ §3.4 疲劳磨损 ➢ §3.5 冲蚀磨损 ➢ §3.6 微动磨损
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➢ 硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿 石等，也可能是金属，如落入齿轮间的金属屑等。
➢ 磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的，经常 是多种磨损机制综合作用的结果，而且随着磨损条件 的变化，可能从一种机制转化为另一种机制。
➢磨粒磨损Abrasion (Abrasive Wear)的2 个层次：