金属力学性能 教学课件 ppt 作者 王学武 主编第七单元.ppt

第七单元 金属的磨损 本单元导读 各类机器在工作时，其各零件相对运动(滑动、滚动，或滚动+滑动)的接触部分都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象，有摩擦就必有磨损，这是必然的结果。 磨损是降低机器和工具效率、精确度甚至使其报废的重要原因，也是造成金属材料损耗和能源消耗的重要原因。据不完全统计，摩擦磨损消耗能源的1/3～1/2，超过50％的机件失效是磨损引起的。因此，研究磨损规律，提高机件耐磨性，对节约能源，减少材料消耗，延长机件寿命具有重要意义。 模块一 金属磨损的概念 一、磨损的概念 金属摩擦表面相对运动，表面不断发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸发生改变的现象称为磨损（abrasion）。 磨损表现为表面不断有细小颗粒被分离出来而成为磨屑，以及在摩擦载荷作用下，金属表面性质（金相组织、物理化学性能、力学性能）和形状的（形貌和尺寸、粗糙度、表面层厚度）变化。 虽然磨损过程是一个渐进的过程，但正常情况下磨损直接的结果也并非灾难性的。近二三十年国外把摩擦、润滑和磨损，构成了一门独立的边缘学科叫摩擦学，但从材料学科特别是从材料的工程应用来看，人们更重视研究材料的磨损。 金属磨损并非单一的力学过程。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理和化学作用，因此，摩擦副材料、润滑条件、加载方式和大小、相对运动特性(方式和速度)以及工作温度等诸多因素均影响磨损量的大小，所以，磨损是一个复杂的系统过程。 磨损通常是有害的，它损伤零件工作表面，影响机械设备性能，消耗材料和能源，并使设备使用寿命缩短。预先考虑如何避免或减轻磨损，是设计、使用、维护机器的一项重要内容。 另一方面，磨损也并非全都是有害的，工程上常利用磨损的原理来减小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、抛光、跑合等。 二、磨损过程 在机械的正常运转中，磨损过程大致可分为三个阶段： 三、金属的耐磨性 耐磨性（abrasion resistance）是材料抵抗磨损的性能，这是一个系统性质。迄今为止，还没有一个统—的、意义明确的耐磨性指标，通常用以下三种方法表征金属的耐磨性。 （1）磨损量 在规定条件的作用下,经过规定时间的磨损后,样品表面的损耗程度称为磨损量（W）。磨损量可通过测量长度、体积或质量的变化而得到，并相应称它们为线磨损量、体积磨损量和质量磨损量。 若测量单位摩擦距离、单位压力下的磨损量等，则称为比磨损量。磨损量越小，耐磨性越高。 (2) 耐磨性 磨损量的倒数称为耐磨性，即ε=1/W。ε值越大，材料的磨损抗力越大，与通常的概念相一致。 (3) 相对耐磨性 指在同样条件下，标准试样（Pb-Sn合金）的磨损量与被测试样磨损量的比值称为相对耐磨性。相对耐磨性的倒数称为磨损系数。 模块二 金属的磨损类型 通常,按照磨损机理和磨损系统中材料与磨料、材料与材料之间的作用方式划分,磨损的主要类型可分为磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损（接触疲劳）四种基本类型。 但磨损过程十分复杂，有许多实际表现出来的磨损现象不能简单地归为某一种基本磨损类型，而往往是基本类型的复合或派生，如气蚀磨损、冲蚀磨损和微动磨损等。 能力知识点1 粘着磨损 一、粘着磨损机理 粘着磨损发生在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小时发生的。 由于缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度产生的一种磨损——可用摩擦机理来解释。 其过程：粘着→剪断→转移→再粘着 二、影响粘着磨损的因素及改善措施 材料特性、法向力、滑动速度、温度 材料特性的影响： (1)脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。 (2)金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨损也越严重。反之，金属间互溶程度越小，晶体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较轻微。 滑动轴承就是这样的例子，选用淬火钢轴与锡基或铝基轴瓦配对。在受力较小时，选用金属与塑料配对都能减小粘着磨损。 (3)通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共渗、磷化、软氮化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为硫化物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系数减小，起到减磨作用也减小粘着磨损。 (4)改善润滑条件，如在润滑油中添加极压剂。 (5)粘着磨损严重时表现为胶合。 三、粘着磨损失效举例 内燃机中的活塞环和缸套衬这一运动的摩擦副，如不考虑燃气介质的腐蚀性，主要表现为粘着磨损。 正常情况下轴在滑动轴承中运转，是一流体润滑情况，轴颈和轴承间被一楔形油膜隔开，这时其摩擦和磨损是很小的。但当机器启动或停车，换向以及载荷运转不稳定时，或者润滑条件不好，几何结构参数不恰当而不能建立起可靠的油膜时，轴和轴承之间就不可避免发生局部的直接接触