磨损的特性2.pdfVIP

磨损特性 机械零件的磨损过程通常经历不同的磨损阶段，直至失效。如图给出典型的 磨损特性曲线(浴盆曲线)： 图 磨损特性曲线 图中的纵坐标表示单位时间的磨损量，称磨损率。通常在磨合期内，磨损率 比较大，并是递降的。然后进入一个较长时间的稳定期，磨损率较小并保持不变。 直至某一点，斜率陡升，这预兆着磨损急剧增大，失效即将发生。对于一些磨损 过程，例如滚动轴承或齿轮中发生的表面疲劳磨损，开始时磨损率可能为零，当 工作时间达到一定数值后，点蚀开始出现并迅速扩展，磨损率迅速上升，很快发 展为大面积剥落和完全失效。 磨损阶段的描述： 1．磨合阶段(I阶段) 又称跑合阶段。新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。在载荷作用下，由于 实际接触面积较小，故接触应力很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形与磨 损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表面粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐 增大，表面应力减小，磨损减缓。 一个崭新的，即加工后未经摩擦的固体表面总具有一定的表面粗糙度和比较 尖锐的微凸体尖峰，实际上两个表面之间通过微凸体进入真实接触的面积是很小 的。在这些接触着的微凸体之间会产生很大单位面积接触压力，乃至超过材料的 屈服强度，并造成微凸体材料的迁移，以及接触面之间的变形在局部微区产生很 高的温度，致使接触面发生熔焊，随即又由于表面之间的相对运动而被撕裂。同 时微凸体在相对运动过程中也很容易发生碰撞、折断、划伤。因此在磨合阶段， 摩擦副表面的磨损量迅速增加，并达到较高的磨损率。 另一方面由于加工和装配等工况原因，使接触表面之间的间隙不均匀，从而 难以形成稳定的油膜，这时的润滑状态处于一种从边界润滑到混合润滑的过度； 随着磨合阶段的结束，微凸体不断被磨平，促使它们之间的接触面积不断增大， 而单位面积的接触压力随之减小，同时通过一定的磨损之后，摩擦副的间隙趋于 均匀，油膜得以建立，即进一步向完全流体动力润滑过度；于是磨损率也随之减 小，并向稳定磨损阶段过度。 磨合阶段的轻微磨损为正常运行、稳定运转创造条件。通过选择合理的磨合规 程、采用适当的摩擦副材料及合理的加工工艺、正确地装配与调整，使用含有活 性添加剂的润滑油等措施能够缩短磨合期。上述磨合阶段最好受到监控，以免造 成过度的磨损或磨合不够的情况产生。 2．稳定磨损阶段（II阶段） 经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹塑性接 触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，工作时间可以延续很长。它的特点是磨 损量与时间成正比增加，间隙缓慢增大。 稳定磨损阶段此时磨损量趋于平缓地增加，而磨损率则由高过度到低，并维 持在一个比较稳定的水平上，表 明零件摩擦副表面之间已形成较为稳定的油膜， 在润滑油充裕的工况下处于一种流体动力润滑状态。流体动力油膜的存在不仅在 很大程度上避免了微凸体尖峰受力为 大部分表面处于一种比较均匀的受力状 态。这对于减小磨损是极为有利的。特别是当油膜厚度大大超过两个接触表面的 粗糙度时，摩擦副处于完 全流体动力润滑状态；这时微凸体之间几乎不接触， 摩擦表面依靠油膜传递压力，故磨损量保持在一个非常低的水平上。稳定磨损阶 段是机器设备的正常工作阶段， 稳定磨损阶段的长短与机器的工况有关，也与 磨合阶段的磨合质量有关。这是因为机器在启动或停止的过程中，也就是摩擦副 流体动力油膜建立或消除的过程，其润 滑状态也就从边界—混合—完全流体的 转变过程或其逆过程。此过程摩擦表面也将发生磨损，磨合阶段磨合质量好的机 器，其稳定磨损阶段将会维持一段较长的时间。反之亦然。 3.急剧磨损阶段(III阶段) 由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速增加，金居组织发生变化，使 间隙，变得过大，增加了冲击，润滑油膜易破坏，磨损速度急剧增加，致使机械 效率下降，精度降低，出现异常的噪声和振动，最后导致意外事故。 稳定磨损阶段经过足够长 的时间后，或由于种种原因，如载荷的波动、润 滑失效、摩擦副表面材料在长期交变应力作用下发生疲劳损伤等原因，都会导致 磨损加剧。通常应该说剧烈磨损的发 生是磨损长期积累的结果。一旦发生往往 是突发性的和急剧的，因此磨损量曲线和磨损率曲线均呈急剧上升。 剧烈磨损所造成的后果是严重的，不仅导致机械效率下降，粘度丧失，还可 能产生异常的振动和噪声，摩擦副温度迅速上升，最终造成零件的破坏和失效， 甚至导致机器的损坏。 上述磨损过程