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浅谈金属材料硬度工作温度及工作载荷对摩擦磨损影响 　　【摘 要】本文分析金属材料的硬度与磨损之间的关系，介绍如何在机械设计中根据摩擦学原理选择金属材料。对金属材料的干摩擦磨损的影响因素进行研究，认为材料的摩擦磨损过程相当复杂。主要讨论材料硬度、工作温度及载荷等综合因素对金属材料的的影响。为开发、生产、应用新材料提供基础的理论研究和实践保障。 　　【关键词】金属材料；摩擦磨损；因素 　　0 引言 　　金属材料是一种历史悠久，发展速度较快工程材料。我国早在商朝即有青铜器出现，随着人类文明的演进，金属材料一直扮演着重要的角色，例如陆、海、空、各类运输工具、桥梁、建筑、机械工具，国防重工业等。金属材料的基本元素是金属。金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒，还有良好的导电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。随着高导、耐磨、耐蚀性材料的大量需求，在研究、开发新材料时，它的摩擦磨损特性也备受关注。摩擦磨损是受多种非线性、强耦合因素作用的过程。通常，摩擦和磨损过程受到材料硬度、工作温度、工作载荷、环境和工作历史等许多因素的影响。 　　1 金属材料对摩擦磨损的影响因素 　　1.1 硬度对摩擦磨损的影响 　　硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。也就是说评定金属材料力学性能最常用的指标之一。对于金属材料的硬度，至今在国内外还没有一个包括所有试验方法的统一而明确的定义。就已经标准化的、被国内外普通采用的金属硬度试验方法而言，金属材料硬度的定义是：材料抵抗另一较硬材料压入的能力。磨损是一个物体由于机械的原因，与另一固体的、液体的或气体的配对件发生接触和相对运动而造成表面材料不断损失的过程。研究磨损，应该分析摩擦系统中各要素与磨损有关的性质。 　　1.1.1 磨料磨损与金属材料的硬度 　　磨料磨损，是由硬质物体或颗粒的切削或刮擦作用引起表面材科脱落的现象。可分为凿削式、高应力碾碎式和低应力擦伤式三种形式。由于硬质物体或颗粒可能是中间物质，或者是摩擦副本身，切削或刮擦作用在单一摩擦行程中就能发生，因此磨损量往往是很高的，在工业中最常见。 　　磨料磨损的磨损量可用公式表示如下： 　　Wv=Ka?N/H（1） 　　式中：Wv――体积磨损量；Ka――磨料磨损系数；N――总的法向载荷；H――软材料的硬度。 　　从公式（1）可以看出，磨料磨损与粘着磨损有一些相似之处，即磨损量Wv与载荷成正比，与软材料的硬度成反比。对于磨料磨损，在一般情况下，金属材料的硬度越高，耐磨性越好。但随着磨料磨损形式的不同。磨损与材料硬度之间的关系有所不同，从经济上考虑，在选择时有如下原则： 　　在高应力冲击的凿削式磨损时，一般选用淬硬碳素钢。在含碳量低于时，耐磨性随淬硬钢中含碳量的增长而成比例地上升；在含碳量为时，耐磨性最大；当含碳景超过时，耐磨性反而急剧下降。 　　1.1.2 表面疲劳磨损与金属材料的硬度 　　表面疲劳磨损，是两接触面作滚动或滚动滑动复合摩擦时，在交变接触压应力作用下使材料表面疲劳而产生物质损失的现象。齿轮副、凸轮副、滚动轴承、钢轨与轮箍等都能产生表面疲劳磨损。它表现为裂纹的渐渐形成和扩展、表面颗粒脱落、留下麻点和孔穴。材料的疲劳点蚀与其硬度和成分有关。首先，材料随着硬度的提高，产生疲劳裂缝的危险性越小，接触疲劳强度也能相应地提高。为了提高抗疲劳性能，经常采用渗碳、氮化等热处理工艺来提高零件表面的强度和硬度。但是，零件表面硬度的提高要注意防止由于过高的接触应力在高硬度下可能引起表面碎裂而造成的严重磨损。一般情况下，轴承钢的硬度为HRC62时，其抗疲劳磨损能力最高，随着硬度的增加和降低，寿命均有较大的下降。 　　1.2 工作温度对摩擦磨损的影响 　　在摩擦初期，摩擦面附近的温度梯度很大，而远离摩擦面处温度低，同时温度梯度较小。干滑动摩擦条件下，摩擦副的摩擦表面由于摩擦热的介入，处于非常高的温度。材料的干摩擦行为中，摩擦系数的高低与摩擦过程中所发生的三种现象有关：（1）滑动表面光滑区域的粘着；（2）磨粒和硬质粗糙对对偶面造成的犁削；（3）粗糙表面的变形。对于不同的滑动条件、摩擦副材料和工作环境，三种过程对摩擦系数的影响是不同的。 　　温度对金属材料在空气中的摩擦磨损行为有着重要的影响。可将金属材料摩擦磨损划分成3个与温度相关的区域：正常磨损区、水解吸的粉尘磨损区、氧解吸的粉尘磨损区。通过实验得出，金属材料在500℃时，质量损失主要表现为摩擦表面的机械磨损；在500℃上升到1000℃时，机械磨损占质量损失的比率逐渐减小到2%，氧化损失占98%。摩擦面温度随制动能量的增大而升高。摩擦面温度升高通常会对摩擦性能产生两方面的影响：一方面，把摩擦表面从空气中吸附的水蒸汽、氧等具有润滑作用的成分除去，使摩擦系数