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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。 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： 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。 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： 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。 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 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。 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。 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; 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