材料力学性能第6章-材料的磨损性能
工程材料力学性能每章重要知识点
第一章1.应力-应变曲线（拉伸力-伸长曲线）。
拉伸力在Fe以下阶段，为弹性变形阶段，到达Fa后，试样开始发生塑性变形，最初试样局部区域产生不均匀屈服塑形变形，曲线上出现平台或锯齿，直至C点结束。
继而进入均匀塑形变形阶段。
达到最大拉伸Fb时，试样在此产生不均匀塑形变形，在局部区域产生缩颈。
最终，在拉伸力Fk处，试样断裂。
2.弹性变形现象及指标弹性变形：是可逆性变形，是金属晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。
弹性变形指标：①弹性模量，是产生100%弹性变形所需应力。
②弹性比功（弹性比能、应变比能），表示金属吸收弹性变形功的能力。
③滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。
④循环韧性：金属材料在交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功的能力。
3.塑性变形现象及指标金属材料常见塑性变形方式主要为滑移和孪生。
滑移：金属材料在切应力作用下位错沿滑移面和滑移方向运动而进行切变得过程。
孪生：金属材料在切应力作用下沿特定晶面和特性晶向进行的塑性变形。
塑性变形特点：①各晶粒变形的不同时性和均匀性；②各晶粒变形的相互协调性。
塑性变形指标：⑴屈服强度，屈服强度及金属材料拉伸时，试样在外力不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应力。
屈服现象：金属材料开始产生宏观塑形变形的标志。
屈服现象相关因素：①材料变形前可动位错密度很小；②随塑性变形的发生，位错能快速增殖；③位错的运动速率与外加应力有强烈的依存关系。
屈服现象指标：规定非比例伸长应力；规定残余伸长应力；规定总伸长应力。
影响屈服强度因素：①内在因素：金属本性和晶格类型；晶粒的大小和亚结构；溶质元素；第二相。
②外在因素：温度、应变速率、应力状态。
⑵应变硬化：金属材料阻止继续塑形变形的能力，塑性变形是硬化的原因，硬化是结果。
⑶缩颈：韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象，是应变硬化与截面减小共同作用的结果。
抗拉强度：韧性金属试样拉断过程中最大力所对应的应力。
材料的力学性能
2）塑性 ）
材料在断裂前发生永久变形的能力叫塑性。 材料在断裂前发生永久变形的能力叫塑性。塑性以材料断 裂后永久变形的大小来衡量。 裂后永久变形的大小来衡量。 塑性指标有延伸率和断面收缩率两种。 塑是衡量材料软硬程度的指标，反映材料表面抵抗微区塑性 变形的能力。
材料的力学性能
材料在力的作用下所表现出来的特性即为材料的力学性能。 材料在力的作用下所表现出来的特性即为材料的力学性能。
主要指标
1 强度与塑性 2 硬度 3 韧性 4 老化性能 5 耐磨性 6 疲劳特性
强度与塑性
1）强度 ）
①屈服强度 屈服强度 在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。 在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。 ②抗拉强度 抗拉强度 试样在被拉断前的最大承载应力为抗拉强度。 试样在被拉断前的最大承载应力为抗拉强度。 其他强度 由扭转实验、弯曲实验、 由扭转实验、弯曲实验、压缩实验等相应条件下的强度指标叫 扭转强度、抗弯强度、抗压强度等。 扭转强度、抗弯强度、抗压强度等。
工程上常用布氏硬度 、洛氏硬度 布氏硬度HB、洛氏硬度HR、 布氏硬度 、 维氏硬度HV、肖氏硬度HS和赵氏 和赵氏、 维氏硬度 、肖氏硬度 和赵氏、邵 氏硬度（ 氏硬度（邵A）等。 ）
韧性
指材料抵抗裂纹萌生与发展的能力。 NOTES 韧性与脆性是两个意义上完全相反的概 韧性与脆性是两个意义上完全相反的概 韧性好，脆性就差。反之亦然。 念。韧性好，脆性就差。反之亦然。 度量指标 冲击韧性 断裂韧性 用材料裂纹尖端应力强度因子的临界值Kic 来表征 用材料受冲击而破坏的过程所吸收的冲击功 来表征
耐磨性
磨损
一个零件相对另一个零件摩擦的结果，引起摩擦表面 有微小颗粒分离出来，使接触面尺寸变化、重量损失及其他 性能下降的这种现象称为磨损。 磨损的种类： 包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、 磨损的种类： 包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、磨粒 磨损、卷曲磨损、冲击磨损、表面疲劳磨损等， 磨损、卷曲磨损、冲击磨损、表面疲劳磨损等，材料磨损多 是数种磨损共同作用的结果。 是数种磨损共同作用的结果。
材料力学性能
非理想弹性
一、滞弹性（ 滞弹性（弹性后效） 弹性后效） 材料在快速加载或卸 载后， 载后，随 时间的延长而产生附加弹 性应变的性能。 性应变的性能。其应力－ 其应力－ 应变曲线与时间的关系如 应变曲线与时间的关系如 图5所示。 所示。
特点： 在弹性应力范围内， 在弹性应力范围内，与所加应力对 应一个初始应变， 应一个初始应变，在保持应 力 时，产生附加应变。（ 产生附加应变。（常见于金 。（常见于金 属和高分子材料中， 属和高分子材料中，原因： 原因：化学 成分， 成分，温度， 温度，切应力大小， 切应力大小，组织 均匀性等， 均匀性等，会影响测力弹簧， 会影响测力弹簧，薄 膜传感器的精度。） 膜传感器的精度。）
图7 伪弹性示意图
应用： 应用：形状记忆合金。 形状记忆合金。
包申格效应
四、包申格效应 包申格（ 包申格（Bauschinger）效应是指 效应是指， 是指，金属材料经预先加载 金属材料经预先加载 产生少量塑性变形（ 产生少量塑性变形（残余变形小于4％），然后再反 ％），然后再反 向加载时， 向加载时，弹性极限或屈服极限降低的现象， 弹性极限或屈服极限降低的现象，特别是 弹性极限几乎下降到0。 现象： 现象： a 材料单向拉伸时的起始屈服应力为 材料单向拉伸时的起始屈服应力为A，同样， 同样，压缩时的 起始屈服应力B大致与A相同。 相同。 b 材料先拉伸至 卸载，然后再反向压缩则反向屈服 然后再反向压缩则反向屈服 材料先拉伸至C点，卸载， 点降低到E 点。
内耗
五、内耗 在非理想弹性的情况下， 在非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步， 由于应力和应变不同步，使加 载线和卸载线不重合而形成一封闭回线， 载线和卸载线不重合而形成一封闭回线，这个回线称 为弹性滞后环。 为弹性滞后环。 这一现象说明加载时材料吸收的变形功（ 这一现象说明加载时材料吸收的变形功（能）大于卸载 时材料释放的变形功， 时材料释放的变形功，有一部分变形功被材料吸收， 有一部分变形功被材料吸收， 储存在材料内部， 储存在材料内部，称为内耗 称为内耗（ 又叫消振性），用回线 内耗（又叫消振性）， ），用回线 的面积大小度量。（ 的面积大小度量。（如图 。（如图9） 工程应用： 工程应用： 音叉在真空中做弹性振动， 音叉在真空中做弹性振动，但是由于内耗的作用， 但是由于内耗的作用， 振幅逐渐衰减， 振幅逐渐衰减，最后停止。 最后停止。
第6章 磨损与腐蚀失效分析汇总
金属表面 发生局部 塑性变形
磨粒嵌入金属 表面，切割金 属表面
表面被 划伤
特点 • 普遍存在于机件中； • 磨损速度较大，0.5～5 μm/h 防止措施 • 提高表面硬度（从选材方面）； • 减少磨粒数量（从工作状况方面）。
（3）疲劳磨损的特征及判断。 它会引起表面金属小片状脱落，在金属表 面形成一个个麻坑，麻坑的深度多在几微 米到几十微米之间。 特点 产生接触疲劳的零件表面上出现许多针状 或痘状的凹坑，称麻点，故得名麻点磨损， 亦称疲劳磨损。 接触疲劳是裂纹形成和扩展的过程。
• 在化工、石油化工、轻工、能源、交通等 行业中，约60％的失效与腐蚀有关。化工与 石油化工行业腐蚀失效所占比例更高一些。 如近年来(1995 ～ 2000年)国内先后四次对石 化企业的压力容器使用情况进行调查，其中 对失效原因调查统计认为，在使用中因腐蚀 产生严重缺陷及材质劣化，是近年来引起容 器报废的主要原因。
6.2 腐蚀失效分析
6.2.1 腐蚀及腐蚀失效 1. 腐蚀的概念
腐 蚀 介 质
耐 蚀 金 属
（1）腐蚀的定义。 • 金属与环境介质发生化学或电化学作用，导致金 属的损坏或变质。OR在一定环境中，金属表面或界 面上进行的化学或电化学多相反应，结果使金属转 入氧化或离子状态。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
• 腐蚀不仅损耗了地球的资源，而且因腐蚀而造成 的生产停顿、产品质量下降，甚至人身事故等损 失，更是无法估量。分析、材料腐蚀及控制的研究 给予了前所未有的关注。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
材料力学性能与耐磨性能的关系研究
材料力学性能与耐磨性能的关系研究材料的力学性能是指材料在外力作用下的变形和破坏行为，而耐磨性能是指材料在摩擦、磨损等力学作用下的抗磨损能力。
这两者之间存在着密切的关系，本文将探讨材料力学性能与耐磨性能之间的关系。
一、材料力学性能对耐磨性能的影响材料的力学性能对耐磨性能有着直接的影响。
首先，材料的硬度对耐磨性能起到了决定性的作用。
硬度是材料抵抗局部塑性变形的能力，硬度高的材料抗磨损性能也相对较好。
一个典型的例子是钢材与铝材的比较，钢材硬度高于铝材，因此在磨擦力作用下，钢材的耐磨性能明显优于铝材。
其次，强度和韧性也会影响材料的耐磨性能。
强度表示材料抵抗外力破坏的能力，韧性则表示材料在断裂前能吸收的能量。
材料强度高的话，能够更好地抵抗摩擦产生的破坏；而材料的韧性高，则能吸收更多的能量，减少磨损的程度。
此外，硬度、强度和韧性的相互作用也会影响材料的耐磨性能。
例如，一些高强度同时具有高硬度的合金材料，具有较好的耐磨性能。
这是因为高强度和高硬度共同抵抗磨擦力，从而减少磨损。
二、材料的组成与耐磨性能的关系材料的组成也与其耐磨性能密切相关。
一般来说，合金材料在耐磨性能方面比单一金属材料更具优势。
这是因为合金材料由两种或多种金属元素组成，可以调节材料的硬度、强度和韧性等性能，以满足不同的耐磨要求。
此外，添加一些特殊的元素或化合物也可以改善材料的耐磨性能。
例如，在钢材中添加适量的硬质碳化物，可以增加材料的硬度，从而提高耐磨性能。
另外，通过表面处理也可以改善材料的耐磨性能，如在材料表面涂覆陶瓷涂层等。
三、材料表面处理和耐磨性能的关系材料的表面处理是提高材料耐磨性能的一种有效手段。
表面处理可以增强材料的硬度、抗腐蚀性和耐磨性能，以应对各种外界摩擦力的作用。
常见的表面处理方法包括热处理、电镀、喷涂、溅射等。
热处理是利用材料本身的相变过程来改善性能，如淬火、回火等；电镀可以在材料表面形成一层保护膜，提高其耐磨性；喷涂和溅射则是利用高速喷射熔融的金属或陶瓷颗粒，形成坚固的涂层。
工程材料力学性能各章节复习知识点
工程材料力学性能各个章节主要复习知识点第一章弹性比功：又称弹性比能，应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
滞弹性：对材料在弹性范围内快速加载或卸载后随时间延长附加弹性应变的现象。
包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%~4%），卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服极限）增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
塑性：指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
脆性：材料在外力作用下（如拉伸，冲击等）仅产生很小的变形及断裂破坏的性质。
韧性：是金属材料断裂前洗手塑性变形功和断裂功的能力，也指材料抵抗裂纹扩展的能力。
应力、应变；真应力，真应变概念。
穿晶断裂和沿晶断裂：多晶体材料断裂时，裂纹扩展的路径可能不同，穿晶断裂穿过晶内；沿晶断裂沿晶界扩展。
拉伸断口形貌特征？①韧性断裂：断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45度角。
用肉眼或放大镜观察时，断口呈纤维状，灰暗色。
纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的，而灰暗色则是纤维断口便面对光反射能力很弱所致。
其断口宏观呈杯锥形，由纤维区、放射区、和剪切唇区三个区域组成。
②脆性断裂：断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。
板状矩形拉伸试样断口呈人字形花样。
人字形花样的放射方向也与裂纹扩展方向平行，但其尖端指向裂纹源。
韧、脆性断裂区别？韧性断裂产生前会有明显的塑性变形，过程比较缓慢；脆性断裂则不会有明显的塑性变形产生，突然发生，难以发现征兆拉伸断口三要素？纤维区，放射区和剪切唇。
缺口试样静拉伸试验种类？轴向拉伸、偏斜拉伸材料失效有哪几种形式？磨损、腐蚀和断裂是材料的三种主要失效方式。
材料的形变强化规律是什么？层错能越低，n越大，形变强化增强效果越大退火态金属增强效果比冷加工态是好，且随金属强度等级降低而增加。
在某些合金中，增强效果随合金元素含量的增加而下降。
材料的晶粒变粗，增强效果提高。
第二章应力状态软性系数：材料某一应力状态，τmax和σmax的比值表示他们的相对大小，成为应力状态软性系数，比为α，α=τmaxσmax缺口敏感度：缺口试样的抗拉强度σbn 与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值表示缺口敏感度，即为NSR=σbnσb第三章低温脆性：在实验温度低于某一温度t2时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显降低，断裂机理由微孔聚集性变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
材料性能学课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲课程名称（英文）：材料性能学（Properties of Materials）课程类型：学科基础课总学时： 72 理论学时： 60 实验（或上机）学时： 12学分：4.5适用对象：金属材料工程一、课程的性质、目的和任务本课程为金属材料工程专业的一门专业基础课，内容包括材料的力学性能和物理性能两大部分。
力学性能以金属材料为主，系统介绍材料的静载拉伸力学性能；其它载荷下的力学性能，包括扭转、弯曲、压缩、缺口、冲击及硬度等；断裂韧性；变动载荷下、环境条件下、高温条件下的力学性能；摩擦、磨损性能以及其它先进材料的力学性能等。
物理性能概括介绍常用物理性能如热学、电学、磁学等的基本参数及物理本质，各种影响因素，测试方法及应用。
通过本课程的学习，使学生掌握材料各种主要性能指标的宏观规律、物理本质及工程意义，了解影响材料性能的主要因素，了解材料性能测试的原理、方法和相关仪器设备，基本掌握改善或提高材料性能指标、充分发挥材料潜能的主要途径，初步具备合理的选材和设计，开发新型材料所必备的基础知识和基本技能。
在学习本课程之前，学生应学完物理化学、材料力学、材料科学基础、钢的热处理等课程。
二、课程基本要求根据课程的性质与任务，对本课程提出下列基本要求：1．要求学生在学习过程中打通与前期材料力学、材料科学基础等课程的联系，并注重建立与同期和后续其它专业课程之间联系以及在生产实际中的应用。
2．能够从各种机器零件最常见的服役条件和失效现象出发，了解不同失效现象的微观机理，掌握工程材料（金属材料为主）各种力学性能指标的宏观规律、物理本质、工程意义和测试方法，明确它们之间的相互关系，并能大致分析出各种内外因素对性能指标的影响。
3．掌握工程材料常用物理性能的基本概念及影响各种物性的因素，熟悉其测试方法及其分析方法，初步具备有合理选择物性分析方法，设计其实验方案的能力。
三、课程内容及学时分配总学时72，课堂教学60学时，实验12学时。
摩擦材料
小结
二、汽车用摩擦材料的主要性能要求：有足 够高而稳定的摩擦系数；有良好的耐磨性； 有较好的物理、力学性能；不产生过重的噪 声等。
小结
三、汽车摩擦材料，主要由增强材料、粘结 材料及填充材料等所组成。增强材料主要有 石棉、钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、有机纤 维、混杂纤维等。石棉摩擦材料逐渐被非石 棉摩擦材料所取代。粘结剂主要用酚醛树脂 或其改性树脂。填料常用重晶石、硅灰石、 氧化铝、铬铁矿粉、氧化铁、轮胎粉及铜、 铅等粉末等。
第二节汽车摩擦材料的Fra bibliotek成三、填充材料 起改善材料的物理与力学性能，调节摩 擦性能的作用。可分为有机、无机和金属三 种材料。具体填料常用重晶石、硅灰石、氧 化铝、铬铁矿粉、氧化铁、轮胎粉及铜、铅 等粉末等。
小结
一、汽车用摩擦材料，主要用于汽车传递动 力、制动减速、停车制动。它主要包括汽车 制动摩擦片，汽车离合器摩擦片及手制动摩 擦片等。
第6章 摩擦材料
制动蹄总成
第6章 摩擦材料
制动蹄总成
第6章 摩擦材料
制 动 蹄 总 成
第6章 摩擦材料
摩 擦 片
第6章 摩擦材料
摩 擦 片
第6章 摩擦材料
摩 擦 片
第一节
摩擦材料性能
一、摩擦材料的主要功能 将动能转变成热量，然后将热量吸收或 散发掉，同时降低贴合部件间的相对运动。
第一节
摩擦材料性能
二、汽车用摩擦材料的性能要求 1．有足够高而稳定的摩擦系数 2．有良好的耐磨性 3．有较好的物理、力学性能 4．不产生过重的噪声
第二节
汽车摩擦材料的组成
汽车摩擦材料，主要由增强材料、黏结材 料及填充材料等所组成。
第二节
汽车摩擦材料的组成
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5
二、磨损的基本类型
根据摩擦面损伤和破坏的形式，可分4 根据摩擦面损伤和破坏的形式，可分4类：粘着磨损、磨 摩擦面损伤和破坏的形式 粘着磨损、 料磨损、腐蚀磨损及麻点疲劳磨损(接触疲劳) 料磨损、腐蚀磨损及麻点疲劳磨损(接触疲劳)等。 • 磨损类型并非固定不变，在不同的外部条件和材料具有不同 磨损类型并非固定不变， 特性情况下，损伤机制会发生转化， 特性情况下，损伤机制会发生转化，由一种损伤机制变成另 一种损伤机制。如图 一种损伤机制。如图6-2。 。
第六章 材料的磨损性能
了解磨损方式和材料磨损的本质及其影响因素， 了解磨损方式和材料磨损的本质及其影响因素，熟习磨损 机理，掌握控制磨损的方法和提高材料耐磨性的途径。 机理，掌握控制磨损的方法和提高材料耐磨性的途径。 主要内容: 磨损的基本概念及类型； 主要内容 磨损的基本概念及类型；磨 损 过 程；耐磨性及 其测量方法；提高材料耐磨性的途径。 其测量方法；提高材料耐磨性的途径。 重点：概念（摩擦、磨损、粘着磨损、磨粒磨损、接触 重点：概念（摩擦、磨损、粘着磨损、磨粒磨损、 疲劳、耐磨性) 疲劳、耐磨性)；提高材料耐磨损性的途径 难点：三种磨损产生的条件、磨损过程和表面损伤形貌； 难点：三种磨损产生的条件、磨损过程和表面损伤形貌； 金属接触疲劳的三种机理
当压力p不超过摩擦副材料硬度值 当压力p 1/3时 的1/3时，实验证实该式反映的规 律是正确的。 律是正确的。 但压力超过钢的屈服强度后， 但压力超过钢的屈服强度后，K值 ↑↑，磨损量也↑↑ ↑↑，磨损量也↑↑ ，造成大面 积的焊合和咬死， 积的焊合和咬死，整个接触表面发 生塑性变形， 生塑性变形，接触面积不再与载荷 成正比。钢的K 曲线见图6 成正比。钢的K-p曲线见图6-5。
p=n
4
3σ sc
实际相对滑动中，软材料上被拉拽出半球的几率为K，则滑 动一段距离L后，总拉拽出磨损量W可表示为：
2π d 3 pL pL W = KNV L = K （ ）L = K =K 3 9σ SC 3H V 3πσ sc d 3 2
'
4p
式中：Hv为软材料硬度，HV≈3σsc；V’为接触点半球体积； N为接触点数 。 为接触点半球体积； 式中：Hv为软材料硬度， 为软材料硬度
(6-6)
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三、接触疲劳 1．现象与特征
接触疲劳概念: 两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时， 接触疲劳概念: 两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时， 交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤， 交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区 长期作用使材料表面疲劳损伤 域出现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的现象， 域出现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的现象， 故又称表面疲劳磨损或麻点磨损，是齿轮、滚动轴承等 故又称表面疲劳磨损或麻点磨损，是齿轮、 表面疲劳磨损或麻点磨损 工件常见的磨损失效形式。 工件常见的磨损失效形式。 接触疲劳的宏观形态特征是： 接触疲劳的宏观形态特征是： 痘状、 或不规则形状的凹坑 接触表面出现许多痘状 贝壳状或不规则形状的 接触表面出现许多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑 (麻坑)，有的凹坑较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹， 麻坑) 有的凹坑较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹， 疲劳裂纹扩展线的痕迹 如图6 11所示。 如图6-11所示。 所示
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二、磨粒磨损
磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损，是摩擦副的一方 磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损， 又称磨料磨损或研磨磨损 表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子 细微凸起或在接触面间存在 表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子 从外界进入或从表面剥落)时产生的磨损。 (从外界进入或从表面剥落)时产生的磨损。 前者称两体磨粒磨损，如锉削过程；后者称三体磨粒 前者称两体磨粒磨损，如锉削过程； 磨损， 磨损，如抛光过程。 依据磨粒受的应力大小分类: 凿削式 磨粒磨损 高应力碾碎式 低应力擦伤式
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常用磨损量的倒数或用相对耐磨性(ε)表征材料的耐磨性 表征材料的耐磨性 常用 亦称磨损系数。 亦称磨损系数。
标准试样的耐磨性 ε＝ 被测试样的耐磨性
二、磨损试验方法 实物 试验 条件与实际情况一致或接近。结果可靠性 高，但实验周期长，单因素的影响难以掌 握。 周期短、成本低、易于控制各种影响因素 等优点，但结果常不能直接反映实际情况， 多用于研究性试验，研究单个因素的影响 规律及探讨磨损机制。
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前言
任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对 任何机器运转时， 运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果。 运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果。 由于磨损，将造成表层材料的损耗，零件尺寸发生 由于磨损，将造成表层材料的损耗， 变化，直接影响了零件的使用寿命。 变化，直接影响了零件的使用寿命。 还增加能耗，产生噪音、振动，造成环境污染。 还增加能耗，产生噪音、振动，造成环境污染。
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根据粘着点与两侧材料强度的差异 粘着点与两侧材料强度的差异，粘着剪断可出现以 粘着点与两侧材料强度的差异 下两种形式： ①粘着点结合强度低于两侧材料 沿接触面剪断，磨损量较小，摩擦面显得较平滑，只有轻 微擦伤。锡基合金与钢的滑动属此类型。 ②粘着点结合强度高于两侧材料 分离面便发生在强度较弱的材料上，被剪断的材料将转移 到强度较高的材料上。 软材料→硬 变成同 材料表面 种材料 硬材料表面 微小凸起 and 积累 如铅基合金轴瓦与钢轴之间的滑动粘结磨损就属这种情况。 软材料表面 微小凹坑
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压痕
切削作用的磨粒磨损模型如图6-7示:
p = (3σ sc )π r 2 = H π r 2
被切削下来的软材料体 积(图6-7中阴影线部 分)，即为磨损量W，可 表示为W＝r2Ltanθ (6-5)。将式(6-4)代人 式(6-5)得：
pLtanθ pLtan θ W＝ ≈K H 3πσ sc
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根据剥落裂纹起始位置及形态的差异将接触疲劳分为： 麻点剥落 (点蚀) 深度在0.1～0.2mm的小块剥落称点 蚀，剥块形状为不对称V型针状或 痘状凹坑。 发生在兼有滚动和滑动 浅层剥落深度一般为0.2～0.4mm， 剥块底部大致与表面平行，裂纹沿 与表面成锐角或直角扩展。 纯滚动或摩擦很小 深层剥落深度与表面强化层深相当 (>0.4mm)，剥落时裂纹垂直于表面 扩展。 表面强化层深度不够
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第一节 磨损的基本概念及类型 一、摩擦与磨损的概念
1．摩 擦 两个相互接触的物体或物体与介质之间在外力作用下，发生相对 运动，或者具有相对运动的趋势时，在接触表面上所产生的阻碍 作用称为摩擦 摩擦。这种阻碍相对运动的阻力称为摩擦力 摩擦力。 摩擦 摩擦力 2．磨损 磨损概念 是在摩擦作用下物体相对运动时， 概念: 磨损概念:是在摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨 屑从而不断损伤的现象。静强度理论基本适合于磨损过程分析。 屑从而不断损伤的现象。静强度理论基本适合于磨损过程分析。 磨损的动态特征有二： 磨损的动态特征有二： 动态特征有二 ①反复进行局部变形和断裂；②材料表层经过每次循环后总要 反复进行局部变形和断裂； 变到新的状态。 变到新的状态。 因而，常规力学性能研究方法不一定实用于材料耐磨损性。 因而，常规力学性能研究方法不一定实用于材料耐磨损性。
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磨粒磨损的主要特征 主要特征是摩擦面上有擦伤 擦伤或因明显犁皱形 主要特征 擦伤 犁皱形 成的沟槽.如图6-6示。 成的沟槽 沟槽可能是因磨粒对摩擦表面产生 的微切削作用、塑性变形、疲劳破 坏或脆性断裂产生的，或是它们综 合作用的结果。 法向力 摩擦副表 面作用力 切向力 推动磨粒前进 只有磨粒形状与位向适当时，被推进的磨粒才似刀具切削 表面，切痕长而浅。 多数情况摩擦表面受剪切、犁皱或切削综合作用。
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磨 损 试 验 方 法
实验 室试 验
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阿查得(J． 阿查得(J．F．Archard)提出了估算粘着磨损量的方法， (J Archard)提出了估算粘着磨损量的方法， 提出了估算粘着磨损量的方法 其粘着磨损模型如图6 所示: 其粘着磨损模型如图6-4所示: 设在法向力P作用下，摩擦面上有 n个微凸体接触粘着，每个粘着点 均为直径d的球体，磨损只发生在 下半球的软材料上。 πd 2
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机件正常运行的磨损过程如图6 所示，一般分3个阶段， 机件正常运行的磨损过程如图6-1所示，一般分3个阶段，曲 线上的各点斜率即为磨损速率。 线上的各点斜率即为磨损速率。 (1)跑合(磨合) (1)跑合(磨合)阶段 跑合 OA段 （OA段） 随着表面被磨平， 随着表面被磨平， 实际接触面积不断增 表面应变硬化， 大，表面应变硬化， 磨损速度不断减少。 磨损速度不断减少。 汽车磨合期） （汽车磨合期） 表层形成牢固的氧 化膜，磨损速率降低。 化膜，磨损速率降低。
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上式表明，粘着磨损量与接触压力p、滑动距离L成正比，与材料硬度 上式表明，粘着磨损量与接触压力p 滑动距离L成正比， 值成反比。 值成反比。 式中K值称为粘着磨损系数，反映配对材料粘着力大小，决定于摩擦 式中K值称为粘着磨损系数，反映配对材料粘着力大小， 粘着磨损系数 条件和摩擦副材料。 条件和摩擦副材料。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
接触 疲劳 破坏
浅层剥落
深层剥落 (表面压碎)
第三节 耐磨性及其测量方法
一、材料的耐磨性
耐磨性是指材料抵抗磨损的性能，迄今还没有一个明确的统 耐磨性 一指标，通常用磨损量表示。 磨损量愈小，耐磨性愈高。 磨损量的测量有称重法 尺寸法 称重法和尺寸法 称重法 尺寸法两种： 称重法是用精密分析天平称量试样试验前后的质量变化确定 称重法 磨损量。 尺寸法是根据表面法向尺寸在试验前后的变化确定磨损量。 尺寸法 有时还测量比磨损量 比磨损量：单位摩擦距离、单位压力下的磨损量 比磨损量