第五章 材料在不同工程环境下力学性能——磨损性能.ppt

对于机械设备、运动构件 5.4 材料的磨损性能 对德国20个企业所使用的锻锤和压力机锻模共160种、2300个不同模具模膛的损坏情况的进行了统计，得出如下规律： 机器运转时机件间因相对运动而产生的摩擦而磨损，不仅降低机器工作效率和精确度，直接影响零件的使用寿命，还将增加能耗，产生噪音和振动，造成环境污染。 （1）摩擦和磨损 摩擦是接触物体间的一种阻碍运动的现象，这种阻力为摩擦力。它同接触法向压力(P)及摩擦系数μ成正比。 F=μ·P μ有动静区分,μ静μ动 用来克服摩擦力所作的功一般 都是以热的形式散发出去 导致接触表面瞬时温度升高 降低工件的机械效率 摩擦会造成机械表面材料损失——磨损 有没有需要增大摩擦力的地方？ ☆事物都有两面性！ （2）磨损过程 磨损是由于摩擦使表面材料逐渐损失并造成表面损伤的现象。 Ⅰ跑合阶段（磨合阶段） 新的摩擦件表面总有粗糙度，真实接触面积小，接触应力大，磨损速率快。 一定载荷下，摩擦表面逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度逐渐减慢。 Ⅱ 稳定磨损阶段 出现在摩擦副的正常运行阶段。经过跑合，磨损已经稳定下来。磨损量随时间增大缓慢增大。 Ⅲ 剧烈磨损阶段 随着机件工作时间增加，摩擦件接触表面之间间隙逐渐扩大，机件表面质量下降，润滑条件恶化，机件振动加剧，磨损速度急剧增加，并导致机件很快失效。 （3）磨损类型 按机理分一般主要为六类 粘着磨损 磨料磨损 磨蚀磨损 氧化磨损 微动磨损 冲蚀磨损 磨损类型在不同的条件下,可以发生转化,由一种损伤机制变成另一种损伤机制。 故解决实际磨损问题时,要分析参与磨损过程的条件特性,确定磨损类型,才能采取有效的措施,减少磨损。 1）磨粒磨损 磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损。 是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子(从外界进入或从表面剥落)时产生的磨损。 磨粒磨损是工业领域最常见的一种磨损形式。 磨粒磨损分类 摩擦副一方硬度比另一方大得多：两体磨粒磨损 摩擦副接触面之间存在硬质粒子：三体磨粒磨损 依据磨粒受的应力大小分类 凿削式 粗糙磨料使磨损表面撕裂 出很大的颗粒，形成很高应力 高应力碾碎式 磨料在两个工作表面间互相 挤压和摩擦。磨料被不断破 碎成小碎片。局部应力很高 低应力擦伤式 松散磨料自由在表面上 滑动，磨料不产生破碎。 磨粒磨损机理 微观犁沟 当磨粒较圆钝或材料表面塑性较高时,磨粒滑过后仅犁出沟槽,两侧材料沿沟槽两侧堆积, 随后的摩擦又会将堆积的部分压平,如此反复地塑性变形,堆积,压平,便导致裂纹形成并引起剥落 微观剥落 磨粒与脆性材料相接触时，材料表面因受到磨粒的压入形成裂纹，裂纹扩展到表面时就剥落出磨屑。 实际磨粒磨损中，往往几种机制并存，但以某一种为主。工作条件如果发生变化，磨损机制也会相应变化。 切削作用的磨粒磨损模型 2、磨损机理 2）粘着磨损 粘着磨损又称咬合磨损。 两种材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合,在相对运动中粘着点又分开，导致接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复多次致使机件产生表面损伤而失效。 机件即使抛光加工，表面仍然凹凸不平，局部接触。 真实接触面的局部应力较大，产生塑性变形，产生粘着（冷焊）。 继续相对滑动，粘着点被剪断、拉开，转移到一方材料表面，脱落形成磨屑。 多发生在摩擦付相对滑动速度小,接触面氧化膜脆弱,润滑条件差，及接触应力大的滑动摩擦条件下。 根据磨损程度，可把粘着磨损分为4类： 粘着强度大于摩擦副中较软金属的强度，小于较硬金属的强度。剪切发生在离粘着点不远的较软金属的浅表层内。软金属涂抹（粘附）在硬金属表面上。如铅基合金与钢对磨。 粘着强度比两方材料强度都低时 会沿分界面断开，磨损量较小。 如锡基合金与钢的摩擦。 粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高 剪切主要发生在软金属的亚表层内，有时也发生在硬金属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物又刮削软金属表面，使金属表面出现划痕。所以擦伤主要发生在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。如铝合金零件与钢摩擦。 粘着磨损机理——Archard模型 粘着磨损机理——Archard模型 3）接触疲劳 现象与特征 接触疲劳是两接触