摩擦与磨损全课件第4章-磨损3.ppt

/43,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,摩擦与磨损,第四章 磨损（,3,）,11/9/2024,1,/43,4,、影响疲劳磨损的主要因素,11/9/2024,2,11/9/2024,3,11/9/2024,4,11/9/2024,5,轴承钢中的非金属夹杂物有,塑性的、脆性的和球状的,三类其中以脆性的带有棱角的氧化物、硅酸盐夹杂物对接触疲劳寿命危害最大原因：,在与基体交界处,引起应力集中和塑性变形，导致材料硬化在脆性夹杂物的边缘,易产生微裂纹，降低接触疲劳寿命塑性的硫化物夹杂,易随基体一起塑变,当硫化物夹杂把氧化物夹杂包住形成,共生夹杂物,时，,可降低氧化物夹杂的破坏作用因此，钢中含有适当的硫化物夹杂对提高接触疲劳寿命有益生产上应尽量减少钢中夹杂物，即在炼钢时要净化处理11/9/2024,6,11/9/2024,7,表面硬度高的轴承、齿轮等，往往要求精磨、抛光等以降低表面粗糙度若再进行适当的表面机械强化，可进一步提高接触疲劳寿命不管表面粗糙度值怎样低，接触应力在一定值的范围内疲劳磨损寿命最高，超过此值寿命均低零件表面硬度越高，要求表面粗糙度值越低，否则也会降低寿命。

11/9/2024,8,4.,润滑剂的影晌,润滑油粘度愈高，接触部分的压力分布愈平均，最大接触应力降低，抗疲劳磨损能力愈高；,润滑油的粘度愈低，愈易渗入裂纹中，加速裂纹扩展，降低寿命润滑油中含水量过多，有腐蚀作用，影响疲劳磨损寿命，必须严格控制含水量润滑油中适当加入某些添加剂（如,MoS,2,）或硫化润滑脂，可在接触表面层形成一层坚固薄膜，能提高抗疲劳磨损性能采用透平油润滑比采用变压器油或机油减轻麻点效果好11/9/2024,9,11/9/2024,10,5.,热处理组织结构的影响,(1),马氏体碳的质量分数,轴承钢在,未溶碳化物,状态相同的条件下，当马氏体碳的质量分数在,0.4%-0.5%,左右时，接触疲劳寿命最高轴承钢中未溶碳化物总的质量分数应控制在,6.5%,以内，否则易形成粗大晶粒及带状组织，造成钢中基体碳含量不均匀，使钢中马氏体基体产生强度差异，降低抗疲劳磨损的能力高碳钢在,Ac1Acm,之间加热淬火，碳化物不会完全溶解到奥氏体当中，此时淬火组织为高碳马氏体,+,未溶碳化物,+,残余奥氏体11/9/2024,11,(2),马氏体及残余奥氏体级别,若残余奥氏体量越多和马氏体针状愈粗大，则表层有益的残余应力和渗碳层强度就愈低，容易产生显微裂纹，降低材料的接触疲劳寿命。

11/9/2024,12,(3),未溶碳化物颗粒大小、形状及带状分布,未溶碳化物与基体很难一起塑变，因此未溶碳化物颗粒愈粗大，与碳化物接壤的边界越易成为接触疲劳,微裂纹萌生地,因此，通常通过热处理，使未溶碳化物颗粒趋于小、少、匀、圆为好若未溶碳化物呈,带状分布,，则在带内易生成脆性针状马氏体，最易成为接触疲劳微裂纹的发源地所以，,必须避免碳化物的带状分布,11/9/2024,13,6.,表面层状态对疲劳磨损的影响,(1),表面硬度,在一定范围内，接触疲劳抗力随硬度的升高而增大，但并不永远保持正比关系,对轴承钢而言，当表面的硬度为,62 HRC,左右时，轴承的平均使用寿命最高对齿轮而言，随着表面硬度的增高，产生麻点前的啮合次数也愈多对于受冲击接触疲劳的零件，硬度为,58-60HRC,时，冲击接触疲劳寿命最佳11/9/2024,14,图,4-25,平均寿命与硬度,11/9/2024,15,图,4-26,齿轮啮合次数与硬度,11/9/2024,16,图,4-27,冲击疲劳寿命与硬度,11/9/2024,17,(2),心部硬度,承受接触应力的零件，必须有,适当的心部硬度,若心部硬度太低，则表心的硬度梯度太陡，硬化层的过渡区常因,“,切应力,/,剪切强度,”,达,0.55,，而产生表层压碎现象。

实践表明：心部硬度在,35-40 HRC,范围内较适宜3),硬化层深度,为防止表层的早期麻点剥落或压碎，则需要有一定的硬化层深度11/9/2024,18,(4),硬度匹配,硬度匹配直接影响接触疲劳寿命如使,ZQ-400,型减速器小齿轮与大齿轮的硬度比保持,1.4-1.7,的匹配关系，能提高承载能力,30%-50%,，使小齿轮不易出现麻点，达到大、小齿轮使用寿命等长的效果11/9/2024,19,(5),残余内应力,对于表面硬化钢而言，在淬火冷却时，由于表层的马氏体转变强度比心部低，因此心部先产生体积膨胀的低碳马氏体，其膨胀可被外层塑性较好的过冷奥氏体所调节随后，当表面转变成体积膨胀的高碳马氏体时，会受到心部的阻碍，因此在渗碳层总深约,50%-60%,处产生最大的,表面残余压应力,再稍往里一点，就使压应力向拉应力转移，有可能造成表层压碎现象当表层在一定深度范围内存在,有利的残余压应力,时，不仅可提高弯曲、扭转疲劳抗力，且能提高接触疲劳抗力11/9/2024,20,4.5,腐蚀磨损,定义：摩擦时材料与周围介质发生化学或电化学相互作用的磨损叫做,腐蚀磨损,腐蚀磨损时，材料的摩擦表面破坏是由于同时发生了,腐蚀和机械磨损,。

机械磨损是由两个配合表面的滑动摩擦引起的，也可能是在气蚀和非气蚀条件下硬颗粒介质流的作用引起；,腐蚀是由于材料与介质发生化学或电化学的相互作用引起的11/9/2024,21,在金属与气体和非电传导液体介质的接触条件下，则发生化学腐蚀在金属与电介质相接触时，则发生电化学腐蚀由于介质的性质不同、介质作用在摩擦面上的状态以及摩擦材料性质的不同，腐蚀磨损出现的状态也不同常见的有,氧化磨损,和,特殊介质腐蚀磨损,11/9/2024,22,4.5.1,氧化磨损,因大气中含有氧，所以氧化磨损是最常见的一种磨损形式，其损坏特征是在金属的摩擦表面沿滑动方向呈匀细磨痕钢铁氧化生成了,Fe,2,O,3,、,Fe,3,O,4,和,FeO,除金、铂等少数金属以外，大多数金属表面都被氧化膜覆盖，纯净金属表面瞬间立即会与空气中的氧起反应，生成氧化膜脆性氧化膜容易磨损，其磨损速率大于氧化速率；氧化铁属于脆性物质；,韧性氧化膜与基体结合牢固，磨损速率小于氧化速率，氧化膜起保护作用，磨损率小氧化铝属于韧性物质一般说来，氧化磨损率比其他磨损轻微得多11/9/2024,23,影响氧化磨损的因素,滑动速度；,接触载荷；,氧化膜的硬度；,介质的含氧量；,润滑条件；,材料性能。

11/9/2024,24,（,1,）滑动速度的影响,当压力一定、滑动速度很小时，钢摩擦表面被红褐色的,Fe,2,O,3,覆盖，磨损量小，属于氧化磨损在滑动速度增高时，由于摩擦热的影响，将由氧化磨损转变为粘着磨损，产生的磨屑较大，摩擦表面粗糙，磨损量剧增若速度再增高，表面被黑色粉末,Fe,3,O,4,所覆盖，又属于氧化磨损，磨损量也较小速度再进一步增大，又出现粘着磨损，磨损量剧增11/9/2024,25,（,2,）硬度的影响,氧化磨损与氧化膜硬度值,Ho,、基体金属硬度值,Hm,有关若,Ho,Hm,时，在小载荷下氧化膜容易破碎当,Ho=,Hm,时，因载荷而引起小变形时，两者同时变形若变形量大，则氧化膜容易破碎若,Ho,与,Hm,都很高，如,Cr,，载荷引起小变形，氧化膜不易破碎，耐磨性好11/9/2024,26,（,3,）气氛的影响,介质含氧量会直接影响磨损率金属在还原性气体、惰性气体、纯氧介质中，其磨损值都比在空气中大原因：,在空气中形成的氧化膜强度高，与基体金属结合牢固11/9/2024,27,（,4,）润滑的影响,用油脂润滑时，油脂除了起减摩作用外，又隔绝了摩擦表面与空气中氧的直接接触，使氧化膜的生成速度减缓，但油脂与氧的反应，生成酸性氧化物，会腐蚀摩擦面。

生产中有时利用危害性小的腐蚀磨损以防止危害性大的粘着磨损如：汽车后桥中采用双曲线齿轮传动，由于双曲线齿轮副接触应力较大，极易产生早期粘着磨损为防止这种粘着磨损，在润滑油中有意,加中性极压添加剂,，使油膜强度提高，产生较低的氧化性的腐蚀磨损，避免严重的粘着磨损11/9/2024,28,4.5.2,特殊介质腐蚀磨损,摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐蚀作用，造成的磨损称,特殊介质腐蚀磨损,其机理与氧化磨损相似，但磨损速度较快，磨痕较深，磨屑呈颗粒状，它们是表面金属与周围介质的化合物11/9/2024,29,影响腐蚀磨损率的因素,表面化学生成物的形成速率,与被磨掉速率之间存在相对平衡关系，两者相对大小不同产生的效果也不同在稳定工况条件下，腐蚀磨损的磨损率取决于表面化学生成物的生成速度，两者成正比磨损率与,腐蚀介质的浓度,成正比；,磨损率与,温度,则依指数关系变化11/9/2024,30,极压添加剂,化学活性的作用采用极压添加剂降低粘着磨损时，应选择合适的化学活性，即添加剂成分和浓度粘着磨损的磨损率随化学活性的增加而降低，而,腐蚀磨损的磨损率随化学活性按线性增加,，因而图中,A,点是最佳活性。

图,4-28,最佳活性,11/9/2024,31,当摩擦副的载荷较大或者油膜厚度较薄时，粘着磨损曲线位置改变此时应选择较高的化学活性，最佳活性为,B,点增加添加剂的化学活性可以是,提高润滑油中添加剂的浓度,，或者,选用活性更强的添加剂组成,极压添加剂的抗胶合能力随其浓度的增加而增加,，同时添加剂引起的腐蚀磨损也相应增加11/9/2024,32,图,4-29,极压添加剂浓度的影响,11/9/2024,33,4.6,气蚀,气蚀是零件与液体相对运动所产生的表面损伤当液体与零件接触处的局部压力比其蒸发压力低时，将形成气泡同时溶解在液体中的气体亦可能析出形成气泡如果这些气泡流到了大于气泡内压的高压区，就会迫使气泡溃灭，瞬间产生极大的冲击力及高温气泡的形成和溃灭的反复作用，使零件表面的材料产生疲劳而逐渐脱落，呈麻点状小凹坑，随后扩展呈泡沫海绵状严重气蚀时，其扩展深度很快，最大深度可达,20mm,11/9/2024,34,气蚀是一种比较,复杂,的破坏现象，往往不单纯是,机械作用,所造成的破坏，液体的,化学及电化学作用,、,液体中含有磨料,等都能加剧这一破坏过程在柴油机的缸套外壁、水泵零件、水轮机叶片、船舶螺旋桨等处经常产生气蚀。

11/9/2024,35,减少气蚀的措施,减少气蚀的有效措施是,防止气泡的产生,工件表面形态：,使在液体中运动的表面具有流线形，避免在局部地方出现涡流，因为在涡流区压力低，容易产生气泡液体含气量和扰动：,减少液体中的含气量和液体流动中的扰动，限制气泡形成材料力学性能：,选择适当的材料能提高耐气蚀能力强度和韧性,高的金属材料具有较好的耐气蚀性能非金属材料如橡胶、尼龙等也是耐气蚀性能较好的材料材料耐蚀性：,提高材料的,耐蚀性,也将减少气蚀破坏11/9/2024,36,4.7,微动磨损,定义：,微动磨损是一种典型的复合式磨损，它是在两个表面之间由于振幅很小,(0.25mm,以下,),的相对振动而产生的磨损如果在微动磨损过程中，两个表面之间的化学反应起主要作用时，则可称为,微动腐蚀磨损,实例：,通常在静配合的轴与孔表面，某些片式摩擦离合器的内、外摩擦片的接合面上，以及一些受振动影响的连接体等,(,花键、销、螺钉,),的接合面上，都可能出现微动磨损现象：,在微动腐蚀磨损时将显著地使表面层质量变坏，如表面变粗糙，表面层内出现微观裂纹等，而使零件的疲劳强度降低11/9/2024,37,微动磨损的发生过程,接触压力使摩擦副表面的凸起部分发生塑性变形和粘着。

小幅振动使粘着点剪切脱落，露出基体金属表面这些脱落颗粒及新表面又与大气中的氧反应生成以,Fe,2,O,3,为主的氧化物，此磨屑呈红褐色，如有润滑油则流出红褐色胶体。