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磨损机理（一）Ø磨损机理（一）磨损机理（一）ØØ磨损机理磨损机理 ØØ黏着磨损Adhesive wearØØ两个固体表面接触，由于表面不平，实际上是微凸体之间的接触，在相对滑动和一定载荷作用下，接触点发生塑性变形或剪切，摩擦表面温度增高，严重时表层金属局部会软化或熔化，使接触点发生黏着或焊合然后出现黏着——剪断——再黏着——再剪断的循环过程，形成了材料的转移，造成了黏着磨损ØØ从微观角度解释其机理，则是高的接触应力，造成表面相互嵌入，破坏了表面膜，使纯洁金属接触部分形成了分子相互吸引的条件进行黏着，运动中再撕开，其中可能产生了一部分分子的转移磨损的产生则是由于原子键联结并不一定都在原始微观接触处 断开，而有可能在摩擦副中较弱方的表面层附近断开，结果使材料从摩擦副一方到另一方的转移，经常形成松脱的磨屑ØØ油润滑的金属表面在油膜破裂后可能发生黏着油润滑的金属表面在油膜破裂后可能发生黏着无油表面在表面污染膜失效后金属才能直接黏着无油表面在表面污染膜失效后金属才能直接黏着ØØ粘着磨损使摩擦副表面的几何形状发生变化，从粘着磨损使摩擦副表面的几何形状发生变化，从光学显微镜下可以看到表面擦伤、划伤、材料转光学显微镜下可以看到表面擦伤、划伤、材料转移、咬死焊点和疲劳点蚀等磨损形态。

移、咬死焊点和疲劳点蚀等磨损形态ØØ黏着磨损的主要类型黏着磨损的主要类型 ØØ按照摩擦表面损伤程度可划分为五类黏着磨损，按照摩擦表面损伤程度可划分为五类黏着磨损，示于下表：示于下表：类类型型损损坏坏现现象象损损坏原因坏原因轻轻微磨微磨损损剪切破坏剪切破坏发发生在粘着生在粘着结结合合面上，表面面上，表面转转移的材料移的材料较轻较轻微微 粘着粘着结结合合强强度比摩擦副的两基本金属抗剪度比摩擦副的两基本金属抗剪强强度都弱度都弱 涂抹涂抹剪切破坏剪切破坏发发生在离粘着生在离粘着结结合面不合面不远远的的较软较软金属浅金属浅层层内，内，软软金属涂抹在硬金属涂抹在硬金属表面上金属表面上 粘着粘着结结合合强强度大于度大于较软较软金属的抗剪金属的抗剪强强度，度，但小于但小于较较硬金属的抗剪硬金属的抗剪强强度度 擦擦伤伤剪切主要剪切主要发发生在生在较软较软金属金属的的亚亚表表层层内有是也内有是也发发生生在硬金属的在硬金属的亚亚表表层层内内; ;转转移到硬金属上的粘着移到硬金属上的粘着物又使物又使软软表面出表面出现细现细而而浅的划痕，有浅的划痕，有时时硬金属硬金属表面也有划表面也有划伤伤 粘着粘着结结合合强强度比两基本金属的抗剪度比两基本金属的抗剪强强度都度都高高 划划伤伤剪切破坏剪切破坏发发生在摩擦服一生在摩擦服一方或双方金属方或双方金属较较深深处处，，表面呈表面呈现宽现宽而深的划痕而深的划痕 粘着粘着结结合合强强度比两基本金属的抗剪度比两基本金属的抗剪强强度都度都高，切高，切应应力高于粘着力高于粘着结结合合强强度度 胶合胶合摩擦副之摩擦副之间发间发生生严严重粘着重粘着而不能相而不能相对对运运动动 粘着粘着结结合合强强度比两基本金属的抗剪度比两基本金属的抗剪强强度都度都高，而且粘着区域大，切高，而且粘着区域大，切应应力低于粘着力低于粘着结结合合强强度度 ØØ胶合是粘着磨损中最严重的形式，会造成大片金属被撕脱或表面间完胶合是粘着磨损中最严重的形式，会造成大片金属被撕脱或表面间完全全““咬死咬死””，是齿轮、蜗杆等传动的失效形式之一。

是齿轮、蜗杆等传动的失效形式之一ØØ粘着磨损与其他磨损形式的很大不同在于，其他磨损形式一般都需要粘着磨损与其他磨损形式的很大不同在于，其他磨损形式一般都需要一些时间来扩展或达到临界破坏值，而粘着磨损则发生的非常突然；一些时间来扩展或达到临界破坏值，而粘着磨损则发生的非常突然；这主要发生在滑动副或滚动副之间没有润滑剂时，或期间油膜受到过这主要发生在滑动副或滚动副之间没有润滑剂时，或期间油膜受到过大负荷或过高温度而破坏时严重时，机械系统中运动零件的大负荷或过高温度而破坏时严重时，机械系统中运动零件的““咬死咬死””将导致灾难性失效，如轴承抱死、剧烈磨损等将导致灾难性失效，如轴承抱死、剧烈磨损等ØØ简化的粘着磨损计算公式：简化的粘着磨损计算公式： ØØ式中：式中：Wv—Wv—粘着磨损的体积磨损量；粘着磨损的体积磨损量；ØØ H— H—摩擦副中较软一方的材料硬度；摩擦副中较软一方的材料硬度；ØØFN—FN—法向载荷；法向载荷；ØØs—s—滑动行程；滑动行程；ØØK—K—磨损系数，按不同的滑动材料组合和不同的摩擦条件试验测得磨损系数，按不同的滑动材料组合和不同的摩擦条件试验测得ØØ由此得到下面三条磨损定律：由此得到下面三条磨损定律：ØØ1 1. .材料磨损量与行程成正比；材料磨损量与行程成正比；ØØ2.2.材料磨损量与载荷成正比；材料磨损量与载荷成正比；ØØ3.3.材料磨损量与较软材料的硬度成正比；材料磨损量与较软材料的硬度成正比；ØØ在采用上式时应注意其使用范围：第在采用上式时应注意其使用范围：第1 1定律可适用于多种定律可适用于多种条件。

第条件第2 2定律只适用于有限的载荷范围实验证明，当定律只适用于有限的载荷范围实验证明，当压力不超过大约压力不超过大约HB/3HB/3（（HB—HB—钢的布氏硬度）时，钢钢的布氏硬度）时，钢- -钢摩钢摩擦副的擦副的K K值接近常量，因而磨损率与载荷成正比；而超过值接近常量，因而磨损率与载荷成正比；而超过此压力后此压力后K K值急剧增大，因而磨损率也急剧增大，如值急剧增大，因而磨损率也急剧增大，如 图结论是，在超过结论是，在超过HB/3HB/3的临界载荷时就会发生大面积的严重的临界载荷时就会发生大面积的严重粘着对于其他金属，粘着对于其他金属，K K值开始增大时的平均压力往往低值开始增大时的平均压力往往低于于HB/3HB/3，也获得了同样的结果实际上，在法向载荷下，，也获得了同样的结果实际上，在法向载荷下，临界载荷临界载荷HB/3HB/3是个别微凸体下面的塑性区开始相互作用的是个别微凸体下面的塑性区开始相互作用的压力，而当压力超过压力，而当压力超过HB/3HB/3时将使表面微凸体之间呈现塑性时将使表面微凸体之间呈现塑性接触，因而真实接触面积不再与载荷成正比当有切向力接触，因而真实接触面积不再与载荷成正比。

当有切向力（摩擦力）存在时，法向压力低于（摩擦力）存在时，法向压力低于HB/3HB/3也会发生这种情况也会发生这种情况 ØØ因此，设计中选择许用应力必须低于材料硬度的因此，设计中选择许用应力必须低于材料硬度的1/31/3，才，才有可能减轻或不发生粘着磨损有可能减轻或不发生粘着磨损ØØ要减少粘着磨损和确定磨损率，试验数据或经验数据是要减少粘着磨损和确定磨损率，试验数据或经验数据是必需的在名义压力不超过引起磨损系数必需的在名义压力不超过引起磨损系数K K急剧增大的临急剧增大的临界值时，某些工作条件下的界值时，某些工作条件下的K K值见下表值见下表ØØ表表 某些工作条件下的磨损系数某些工作条件下的磨损系数K K介介质质摩擦条件摩擦条件摩擦副材料摩擦副材料K K 空空 气气 　　 室温室温洁净洁净表表面面铜对铜铜对铜10-210-2低碳低碳钢对钢对低碳低碳钢钢10-210-2不不锈钢对锈钢对不不锈钢锈钢10-210-2铜对铜对低碳低碳钢钢10-310-3清清洁洁表面表面所有的金属所有的金属10-310-3～～10-410-4润润滑不良表面滑不良表面所有的金属所有的金属10-410-4～～10-510-5润滑良好表面所有的金属10-6～10-7磨料磨损钢10-1黄铜10-2各种金属10-2二氧化碳载荷39.2N速度3cm/s室温黄铜—表面淬火钢10-4铜—表面淬火钢10-6软钢—表面淬火钢10-7氦气载荷39.2N速度3cm/s室温黄铜—表面淬火钢10-4铜—表面淬火钢10-6软钢—表面淬火钢10-6真空载荷9.8N速度1.95cm/s室温2.7×10-8～6.7×10-9Pa 不锈钢—不锈钢洁净面10-3PbO薄膜面 10-6Sn薄膜面 10-7Au薄膜面 10-7MoS2薄膜面 10-9～10-10ØØ第第3 3定律也有局限性。

实际上，只有摩擦副双方是由相同定律也有局限性实际上，只有摩擦副双方是由相同的、而且不含合金的金属组成时，才有可能按其硬度估计的、而且不含合金的金属组成时，才有可能按其硬度估计粘着磨损；如果用的是合金或不同材料的摩擦副，则硬度粘着磨损；如果用的是合金或不同材料的摩擦副，则硬度就不能反映它们的粘着系数、粘着磨损或粘着引起的咬死就不能反映它们的粘着系数、粘着磨损或粘着引起的咬死等情况ØØ减少黏着磨损的措施有：润滑是减少黏着磨损最有效、最减少黏着磨损的措施有：润滑是减少黏着磨损最有效、最经济的方法；对金属表面进行化学处理（硫化、磷化、氮经济的方法；对金属表面进行化学处理（硫化、磷化、氮化）；提高表面光洁度，但特别光滑的表面，黏着磨损反化）；提高表面光洁度，但特别光滑的表面，黏着磨损反而增加；控制摩擦表面的温度而增加；控制摩擦表面的温度ØØ磨粒磨损磨粒磨损Abrasive wearAbrasive wearØØ物体表面与磨料相互摩擦引起表面材料损失的现象叫磨料物体表面与磨料相互摩擦引起表面材料损失的现象叫磨料磨损它是指一个表面同它相匹配表面上的质硬物体或硬磨损它是指一个表面同它相匹配表面上的质硬物体或硬质颗粒，产生切削或刮擦作用，引起材料表面破坏，分离质颗粒，产生切削或刮擦作用，引起材料表面破坏，分离出磨屑或形成划伤的磨损。

出磨屑或形成划伤的磨损 ØØ磨粒磨损是机械磨损的一种，非常普遍，危害性磨粒磨损是机械磨损的一种，非常普遍，危害性很大，据统计约占磨损总数的一半在农业机械、很大，据统计约占磨损总数的一半在农业机械、工程机械、建筑机械、矿山机械、运输机械中的工程机械、建筑机械、矿山机械、运输机械中的许多机械零件因工作条件恶劣，与泥砂、矿百、许多机械零件因工作条件恶劣，与泥砂、矿百、灰渣等直接接触，发生摩擦，产生不同形式的磨灰渣等直接接触，发生摩擦，产生不同形式的磨粒磨损ØØ在开放式的机械运动中，在开放式的机械运动中， 许多零件与矿石或泥沙许多零件与矿石或泥沙等直接接触，磨粒磨损就是其主要的磨损形式等直接接触，磨粒磨损就是其主要的磨损形式实验表明，当金属材料的硬度比磨粒的硬度大实验表明，当金属材料的硬度比磨粒的硬度大3030％时，％时， 被磨表面的磨损量就非常小被磨表面的磨损量就非常小ØØ磨粒磨损有凿削式、高应力碾碎式及低应力擦伤磨粒磨损有凿削式、高应力碾碎式及低应力擦伤式等三种形式式等三种形式ØØ为了对比不同材料的磨料磨损特性，规定了以下为了对比不同材料的磨料磨损特性，规定了以下度量单位：度量单位：ØØ1.1.磨损量磨损量: W;: W;ØØ2.2.耐磨性耐磨性:ε=1/W; :ε=1/W; ØØ3.3.相对耐磨性相对耐磨性:εr=ε(:εr=ε(试样试样)/ε()/ε(标样标样) )ØØ磨粒磨损的机理有三种假说：（磨粒磨损的机理有三种假说：（1 1）微切削假说，）微切削假说，即磨粒磨损是由于磨料颗粒沿金属表面进行微量即磨粒磨损是由于磨料颗粒沿金属表面进行微量切削过程引起的切削过程引起的; ;（（2 2）疲劳破坏假说，即磨粒磨）疲劳破坏假说，即磨粒磨损是磨粒使金属表面层受交变应力和变形，便材损是磨粒使金属表面层受交变应力和变形，便材料表面疲劳破坏料表面疲劳破坏; ;（（3 3）压痕假说，）压痕假说，对于对于塑性较大塑性较大的材料，因磨粒在力的作用下压人材料表面而产的材料，因磨粒在力的作用下压人材料表面而产生压痕，从表面层上挤出剥落物。

生压痕，从表面层上挤出剥落物ØØ 下图是以微凸体（下图是以微凸体（a a）或是磨屑（）或是磨屑（b b）为特征）为特征的磨粒磨损，通过可延展或是脆性的方式使摩擦的磨粒磨损，通过可延展或是脆性的方式使摩擦副表面变形进而导致断裂，裂纹和磨屑的产生副表面变形进而导致断裂，裂纹和磨屑的产生 ØØ总之，磨粒磨损的机理是属于磨料颗粒的机械作总之，磨粒磨损的机理是属于磨料颗粒的机械作用它在很大程度上与磨粒的相对硬度、形状、用它在很大程度上与磨粒的相对硬度、形状、大小、固定程度以及载荷作用下磨粒与被磨表面大小、固定程度以及载荷作用下磨粒与被磨表面的力学性能有关磨粒的力学性能有关磨粒 的来源有外界砂尘、切屑的来源有外界砂尘、切屑侵入、流体带入、表面磨损产物、材料组织的表侵入、流体带入、表面磨损产物、材料组织的表面硬点及夹杂物等例如，在采矿、物料运输、面硬点及夹杂物等例如，在采矿、物料运输、农机或工程机械作业和原材料加工处理过程农机或工程机械作业和原材料加工处理过程 中若沙粒或尘粒进入零件副的滑动面或滚动面上，若沙粒或尘粒进入零件副的滑动面或滚动面上，则同样会发生严重的磨料磨损，如开式齿轮传动则同样会发生严重的磨料磨损，如开式齿轮传动等。

若磨屑不能从它形成的地方被润滑油带走并等若磨屑不能从它形成的地方被润滑油带走并过滤掉，也会导致磨料磨损过滤掉，也会导致磨料磨损ØØ减少磨粒磨损一般从两方面采取措施，一是防止减少磨粒磨损一般从两方面采取措施，一是防止或减少磨粒进入摩擦表面间；二是增强零件的抗或减少磨粒进入摩擦表面间；二是增强零件的抗磨性能。