金属材料零部件失效分析基础与应用课件：磨损失效.pptx

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4.1磨损与摩擦力

4.2磨损机理

4.3判断磨损机理的方法

4.4实际案例——反击式破碎机锤头耐磨性偏低分析;

磨损与摩擦力;

摩擦力是由于摩擦而阻碍相对运动的力，方向平行接触表面与滑动方向一致。

摩擦力有以下特征：

(1)摩擦力是切向运动阻力的度量。根据不同接触情况有下面不同内涵。

(2)如果相互接触的两个物体均是刚体，微小的凹凸部分没有发生变形，摩擦力是将一个物体表面的微凸

部分抬高超过另一个物体表面微凸体的作用力。

(3)如果相互接触的两个物体一方较硬而另一方较软，硬的一方其表面凸起的微区就会压入软的一方表面。

在滑动时就会对软的一方实现“切削”，在软的一方表面形成犁沟。这时摩擦力就是软金属压入硬度与犁沟

截面积的乘积。

(4)如果相互接触的表面发生黏着，摩擦力就是能剪切开两个物体表面微小区域相互黏着的力，也就是使

结合的凸起点被剪断并使未结合的点变形所需要的力的总和。

(5)滑动过程中，通过很多微小的结合点在表面之间的形成和被剪断而保持一个稳定的摩擦力。;

可见摩擦力的值主要与表面凹凸区高度、塑性变形及黏着相关。

摩擦力的值无疑对于控制磨损量有最直接的关系，下面采用简要模型对其进一步分析。

试验证明：对于很多材料两个接触面之间的摩擦力正比于正压力，且与表观接触面积无关。根

据摩擦理论，真实接触面的增加正比于载荷，摩擦力正比于载荷和真实接触面积。如果摩擦力正比于被剪断的微观区域结合处的面积(真实接触面积)总和，则可得到下面的简单关系：

F＝SA(4-1)

式中，F是摩擦力，N；S是结合点两方中较弱一方材料的剪切强度，N/mm2；A是真实接触面积，

mm2。

依据摩擦的黏着理论，在接触点处发生黏结，摩擦力就等于使结合点剪断所要求的力的总和。

真实接触面积反比于较弱材料的硬度，正比于垂直载荷。;

4.1磨损与摩擦力

式中，A是真实接触面积，mm2；W是垂直载荷(或接触力)，N；P是压入硬度(通常用维氏硬度测定)，N/mm2。式(4-2)可与式(4-1)结合，可??

F＝SW/P或F/W＝S/P(4-3)

式中，S/P＝m，是摩擦系数。图4-1所示为作用在一个静止水平面上滑动的物体上的垂直载荷W和摩擦力F。;

耐磨性的基本原则：

(1)如果从材料角度提高一对摩擦副的耐磨性能，应该从提高较软一方的材料性能入手。 (2)从摩擦系数计算公式可见，如果能提高较软一方材料的硬度，同时大幅度降低剪切强度值，则摩擦系数降低，导致摩擦力降低，一定能提高耐磨性能。

一些摩擦副材料的摩擦系数见表。

几种摩擦副的摩擦系数μ与磨损系数k;

磨损机理;

黏着磨损通常用Archard(1953)公式表达：

W=KFN

aaH

式中，Wa表示黏着磨损率；FN是接触面上的正压力，N；H为材料硬度值；Ka表示磨损系数，Ka不仅与工况有关，也与摩擦副材料有关，相同材料组成的摩擦副通常具有相当高的Ka值。

根据黏着磨损机理与式(4-4)对黏着磨损可以获得以下规律：;;

(4)周期表中B族元素与铁不相溶或形成化合物，它们黏着倾向小。而铁与A族元素组成摩擦副黏着倾向大。;

磨粒磨损也称为磨料磨损、研磨磨损或微切削磨损。它出现的条件是：摩擦副一方的硬度比另一方硬度高很多，或者在接触面之间存在硬质粒子。当另一方接触到硬粒子时，它们可以陷入软材料表面，由于切向运动产生切削作用。;

氧化磨损是在摩擦副实际接触区域产生塑性变形的同时，由于腐蚀环境作用在变形区域形成氧化膜。

在摩擦副滑动过程中，氧化膜在遇到第二个凸起部分时可能剥落，使暴露出来的表面重新被氧化，如此

反复进行发生磨损。氧化磨损是各类磨损中磨损速率最低的一种。也是生产上允许出现的一种磨损形式。为降低磨损速率，往往是先创造条件将磨损转换成氧化磨损，然后再设法降低氧化磨损的速率。氧化磨损的速率决定于氧化膜的性质及与基体的结合力，同时也决定于金属表层塑性变形的抗力。致密非脆性的氧化膜能有效提高耐磨性能。因此在摩擦副表面生成一层致密的氧化膜，对提高耐磨性有利。生产上广泛使用的发蓝、渗硫、有色金属氧化提高耐磨性能就是基于此规律。

腐蚀磨损速度与发生腐蚀磨损的化学环境或电化学环境有密切关系。有些时候