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两种不同硬度的材料摩擦例子
如果按硬度划分对摩副材料只有两种情况,硬度相同(同一材料对摩副),硬度不同(不同材料对摩副,这时就会有硬软之分)。硬度不同的材料在摩擦时,两种材料都被磨损是一种非常普遍的现象,若两种材料的硬度差较小,则硬材料被磨损的程度就大一些,若两种材料的硬度差较大,则硬材料被磨损的程度就小一些。
为什么硬材料会被磨损?
首先要明白两种材料相互接触时的真实接触面积要比名义接触面积(表观接触面积)小的多(这也是为什么摩擦力与载荷成正比的原因,因为载荷越大、真实接触面积就越大;只针对刚性材料表面,弹塑性材料则不然),表面上总是存在比分子尺寸大得多的凹凸部分,摩擦力正是因为这些微凸体的碰撞与滑动而产生,现在打个比方,会存在这样一种情况:硬材料表面存在着钢丝一样的微凸体,软材料表面存在拳头一样的微凸体,当两者相碰撞时钢丝一定会发生塑性变形(变弯),不断的交变作用下(疲劳),钢丝也有可能会断裂。
此外,如上文所述,表面上的微凸体的顶尖部分支撑着对摩副,滑动时所有摩擦发生在这些很小的尖端上,因为摩擦功,可以使这些面积很小的接触点上的表面温度达到一个很高的值,并且很容易使接触点上的金属热软化或局部熔融(在非导体上,因为它们的散热系数比较小,这种局部高温更易产生,这样的局部性软化或熔融在抛光加工中起着很重要的作用),这些热软化或局部熔融结点的剪切、变形、和铲除构成金属的物理磨损。要注意,因为热软化或熔融会使这些结点的硬度与两种材料都不相同,可能会有四种不同的情况发生:
①结点的硬度比两者的硬度都低时,磨损主要发生在结点区域,这样,从两个摩擦面上脱离的金属量都是很少的,这是工业应用所追求的情况,如锡基合金在钢表面滑动时;
②结点的硬度比其中一种金属的硬度高,剪切就发生在较小的金属主体内,使得软金属层逐渐累积到硬金属上,如铅基合金在钢表面滑动时;
③结点的硬度比两种金属的硬度都高(或者因为其它条件的变化造成了相类似的情况),虽然会有相当数量的软金属被除去,但在滑动中也会有一部分硬金属被除去,如铜在钢表面滑动时;
④相同金属对摩,很可能会因为结点硬化使两表面的磨损都比较大,实际应用中很少采用,除非发现有“工作软化”现象的金属。
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