第八章 材料的磨损性能
2.
减轻磨料磨损的主要措施：
低应力磨粒磨损 ，提高表面硬度 重载荷磨损，基体材料最好为高硬度、良好韧性材料。 经常对机件、润滑油进行防尘过滤处理。 确定材料硬度时以Hm=1.3Ha为依据，其中Hm为摩擦副材料硬度， Ha为磨粒硬度。
3. 提高接触疲劳抗力的因素
采用优质纯净材料 表面材料硬度变化不要太大。 合理选择表面硬化工艺，在一定深度内保 存残余压应力。 改善接触配对副的表面状态，减少冷热加 工缺陷，降低表面粗糙度，降低摩擦系数。
向力在表面形成压痕；切向力推动磨粒前进。
影响磨粒损伤的因素：
材料的力学性能（硬度与韧性） 基体显微结构 磨粒硬度等
三、耐磨性及其测量方法
1. 材料的耐磨性：
磨损量：称重法、尺寸法 2. 磨耗测试方法：
四、提高材料耐磨性的途径
1.
减轻黏着磨损的主要措施：
合理选择摩擦副材料：选择互溶性小，黏着倾向小的材料；强度高 不易变形的材料。 避免或阻止量摩擦副间直接接触 加强表面处理工艺
第八章 材料的磨损性能
一、磨损的基本概念及类型 二、磨损过程 三、耐磨性及其测量方法 四、提高材料耐磨性的途径
Hale Waihona Puke 、磨损的基本概念及类型1.
摩擦：接触物体间的一种阻力现象。
摩擦使材料磨耗，还会导致材料发热，使材料表面温度升高，降低工作的机 械效率，增加材料磨耗。
2.
磨损：
摩擦下，表面逐渐分离出磨屑从而不断损伤的现象。 （1）磨损的特征：
局部变形和断裂，动态过程，反复发生。 材料表层组织经过反复循环后变到新的状态。 常规试验的材料力学性能不一定能如实反映材料耐磨性。 材料磨损过程中，材料还会发生系列物理、化学状态的变化。
（2）磨损量与时间的关系 磨合阶段： 稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段
3. 磨损的基本类型:
粘着磨损 磨料磨损 腐蚀磨损 麻点磨损
4.非金属材料的磨损特性
（1）陶瓷材料
陶瓷的摩擦磨损行为对表面状态极为敏感 陶瓷材料的抗冲蚀性能不仅与组分纯度有关，而且与制备 工艺有关。 抗冲蚀磨损下选择高密度、高纯度陶瓷。 （2）聚合物 聚合物对磨粒具有良好适应性。 聚合物与金属配对的摩擦副优于金属和金属配对。 大多数液体对聚合物具有润滑减摩作用。
二、磨损过程
1.粘着磨损：咬合磨损
发生条件：摩擦相对滑动速度小，接触面氧化膜 脆弱，润滑条件差，以及接触应力大的滑动条件。 磨损表面特征：机件表面有大小不等的结疤。
粘着磨损是粘着点不断形成又不断破坏并脱落的过程。
2. 磨料磨损
主要特征：摩擦面上有擦伤或明显沟槽。 力学分析：磨粒对表面的作用力分法向力和切向力。法
第八章 木材
木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤维 方向的不同，可分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切 断三种。顺纹剪切破坏是由于纤维间联结撕裂产生 纵向位移和受横纹拉力作用所致；横纹剪切破坏完
全是因剪切面中纤维的横向联结被撕裂的结果；横
纹切断破坏则是木材纤维被切断，这时强度较大， 一般为顺纹剪切的４～５倍。
木材强度特点：
木材的湿胀干缩具有一定规律：含水率大于纤 维饱和点时，随着含水率的增加，木材体积产生膨 胀，随着含水率减小，木材体积收缩；而含水率小 于纤维饱和点时，只是自由水的增减，木材的体积 不发生变化 。
措施：可在端部涂以油料或其它涂料。由于径向干 缩只是弦向干缩的一半，因此，应用时采用径向锯 板较为有利。
（5）指接地板
由宽度相等、长度不等的小木板条粘结而成
的木地板。不易变形并开有榫和槽，与企口实木
地板的结构基本相同。 实木指接企口地板常见规格有（1830～4000） mm×(40～75）mm×(12～18）mm。
集成地板：是沿着纵向指接成长料，再用相同截面的木 料沿着横向胶拼成宽的板料。再在其纵横两侧加工成相 应的榫槽。
针叶树是主要建筑与装饰材料，广泛用于各 个构件和装饰部件。常用的树种有松、杉、柏等。
（2）阔叶树
阔叶树树叶宽大，叶脉呈网状，大多为落叶
树，树干通直部分较短，材质较硬，较难加工，
故称“硬木材”。
阔叶树木材表观密度大，干缩变形大，易翘 曲或开裂，建筑上常用来制作尺寸较小的构件。 常用的树种有榆木、椴木、榉木、水曲柳、 泡桐、柞木等。
8.1.2.4 木材的硬度和耐磨性 木材的硬度是指木材抵抗其他物体压入木材 的能力。木材端面的硬度最大，弦面次之，径面
稍小。
木材的耐磨性指木材抵抗磨损的能力。作木 地板的国产阔叶材树种中以荔枝叶红豆耐磨性最 大 ，南方的泡桐树耐磨性为最小 。
材料摩擦磨损课件
摩擦表面的生成与演化
磨合阶段
在摩擦初期，接触表面的粗糙度会导致微凸体的相互挤压和剪切，从而产生磨屑和热量。 这个阶段结束后，表面会逐渐变得光滑。
稳定磨损阶段
经过磨合阶段后，表面逐渐形成了一层光滑的氧化膜，这层氧化膜具有较好的耐磨损性能 ，能够减小摩擦力和磨损量。这个阶段是磨损的主要阶段，也是材料使用寿命的主要影响 因素。
落。
疲劳磨损的主要机制包括疲劳裂纹的形成和扩展、微粒的断裂和剥落， 这些机制会导致材料表面出现疲劳斑和剥落坑。
腐蚀磨损
腐蚀磨损是指由于化学腐蚀作用，导致 材料表面损伤的现象。
腐蚀磨损通常发生在潮湿的环境中，如 海洋环境、化工环境等。由于化学腐蚀 的作用，材料表面逐渐被腐蚀，最终导
致表面损伤和破坏。
腐蚀磨损的主要机制包括氧化、腐蚀和 电化学腐蚀，这些机制会导致材料表面
出现腐蚀斑和剥落。
冲蚀磨损
冲蚀磨损是指由于高速流动的液体或固体颗粒冲击材料表面，导致材料表面逐渐被磨损的现 象。
冲蚀磨损通常发生在流体动力学环境下，如喷气发动机、水轮机等。由于高速流动的液体或 固体颗粒冲击材料表面，导致材料表面逐渐被冲蚀和破坏。
化学表面合金化
通过化学反应在基材表面 形成一层具有特殊性能的 合金层，如不锈钢的钝化 膜。
热扩散表面合金化
通过加热使基材表面的原 子与加入的元素发生互扩 散，形成具有优异性能的 合金层。
表面织构技术
表面微织构技术
在基材表面加工出微小的凹坑或 凸起，改变表面形态，降低摩擦 系数和提高耐磨性。
表面纳米织构技术
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摩擦系数及其影响因素
材料性质
材料的硬度、弹性模量、表面粗糙度等都会影响摩擦系数的大小。一 般来说，硬度越高、表面粗糙度越小的材料，其摩擦系数越小。 Nhomakorabea表面条件
材料的磨损性能
•
粘着(转移)磨损 在摩擦副相对运动时，由于接触点之间的范德华引力及库仓静电引力(有时还有 氢键力) 的相互作用，使聚合物材料转移到对偶面上去而引起的磨损叫粘着磨 损。 局部高应力状态下的接触和滑动是导致聚合物接触区的塑性变形、以及聚合 物与对偶粘着的根本原因，而两个滑动表面发生粘着的重要标志就是材料的 摩擦转移
化学磨损
• 由于大部分聚合物是由饱和的化学键构成，缺乏与周围介 质形成化学作用的自由电子和离子，所以聚合物一般不会 发生电化学腐蚀，因而一般也不会发生腐蚀磨损。聚合物 的化学磨损主要表现为化学降解和氧化。 • 在摩擦过程中，滑动界面真实接触区域产生的局部高温会 使某些聚合物发生严重降解，同时也可能产生很高的局部 应力与形变，在这些热点上能够发生化学反应，从而加速 了聚合物的磨损。 • 除温度的影响外，影响聚合物化学降解的因素很多，如一 些氧化物的催化作用、聚合物的降解活化能以及界面接触 应力等。 • 但是，对聚合物化学磨损的机理、化学降解产物对磨损的 影响以及环境因素对化学磨损的影响等方面仍需进一步研 究。
2）耐磨性 聚合物的化学组成和结构与金属相差很大，两者的粘着 倾向很小。 在干摩擦条件下，聚合物一金属摩擦副的耐磨性通常优 于大多数金属与金属配对的摩擦副。大多数液体对塑料具 有润滑减摩作用。 特有的高弹性，可使接触表面产生变形而不是切削犁沟 损伤，故具有较好的抗磨粒磨损能力。但在凿削式磨粒磨 损情况下，聚合物的耐磨性比较差。
耐磨性及其测量方法
一、材料的耐磨性 1、耐磨性
指材料抵抗磨损的性能，迄今尚未有明确的统一指 标，通常用磨损量表示，磨损量愈小，耐磨性愈 高
2、磨损量的测量 有称重法和尺寸法两种 称重法是用精密分析天平称量试样试验前后的质量确定磨损 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。
高导热高热强热作模具钢的耐磨磨损性能评估
高导热高热强热作模具钢的耐磨磨损性能评估在工业制造中，模具钢被广泛应用于各种热作模具的制造中。
随着工业技术的不断进步和需求的增加，对热作模具钢材料的性能要求也越来越高。
作为一种常见的模具钢材料，高导热高热强热作模具钢因其良好的导热性能和优异的耐磨磨损性能而备受青睐。
高导热性能是高导热高热强热作模具钢的重要特点之一。
在模具的使用过程中，由于高温环境下的瞬态热冲击以及传导热流的作用，模具钢将承受着巨大的热压力。
因此，高导热性能能够有效地将热量从高温区域快速地传导到低温区域，避免局部过热引起的热应力和热裂纹，提高模具的使用寿命。
与此同时，高热强性能也是高导热高热强热作模具钢的重要特点。
在模具的使用过程中，由于材料受到高温和力学应力的复合作用，容易导致材料的变形、软化和破裂。
高热强性能能够有效地抵抗这些应力的影响，保持模具的形状稳定性和机械性能，从而延长模具的使用寿命。
除了高导热性能和高热强性能，高导热高热强热作模具钢还需要具备良好的耐磨磨损性能。
在模具的使用过程中，模具表面会受到工件的磨擦、磨削和磨粒的冲击，容易引起表面磨损和裂纹。
因此，对模具钢材料的耐磨磨损性能的评估尤为重要。
对于高导热高热强热作模具钢的耐磨磨损性能评估，有几个重要的指标需要考虑。
首先是硬度指标。
高硬度的模具钢能够有效地抵抗工件表面的磨擦和磨削，延长模具的使用寿命。
其次是抗磨损性能指标。
抗磨损性能好的模具钢能够有效地减少表面磨损和裂纹的产生，提高模具的使用寿命。
最后是耐蚀性能指标。
由于模具钢在工作过程中常常接触到高温和酸碱等腐蚀性介质，良好的耐蚀性能能够有效地抵抗这些腐蚀，保护模具钢的表面。
为了评估高导热高热强热作模具钢的耐磨磨损性能，可以通过一系列实验和测试来获取相关数据。
首先，可以进行硬度测试，使用硬度计测量模具钢的硬度值。
然后，可以进行磨损实验，将模具钢暴露在一定的磨损环境中，观察其耐磨磨损性能。
最后，可以进行腐蚀实验，将模具钢暴露在一定的腐蚀介质中，观察其耐腐蚀性能。
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。
第八章 冲蚀磨损
(8-3)
α < α0 α > α0
(8-4)
M — 冲击磨粒的质量；V — 磨粒的速度；α — 冲 角；ε — 变形磨损系数；Q —— 切削磨损系数； α0—— WC1= WC 2时的角度；C、K、K1 ——常数。 谢尔登和凯希尔(Kanhere)于1972年设计了第一台单颗粒冲蚀 磨损试验机。用2.5mm的SiC磨粒、钢球及玻璃球进行冲蚀磨 损试验，直接观察了单颗粒冲蚀磨损的磨痕形貌，发现在球 形粒子冲击坑边缘出现“挤出唇”，并很容易地被随后冲击的 磨粒打掉，进一步验证了变形磨损理论。
会议背景
• 1965，Rain Erosion，Lake Constance，Germany • 1970’s –1980’s，3 more conferences on erosion by solid particles and by cavitation • 1979，ELSI V（Inter. Conf. on Erosion by Liquid and Solid Impact), Cambridge • 1983, 1987,1994, Cambridge(ELSIVI, VII, VIII) • 1998, Including Abrasive Wear,ICEAW I • 2003, 9.22-25, ICEAW II，Churchill College Cambridge • 2008，9.17-21, Abrasive process ，Churchill College Cambridge
实验观察 Christman等人在铝合金的冲 蚀磨损试验中观察到绝热剪 切带，并在磨粒的冲速为 185m／s时发现局部熔化。 Quadir等人在铜合金中也观 察到绝热剪切带。Yust以及 Brown等人观察到由于绝热 剪切和变形局部化造成的材 料熔化现象。 中国矿业大学(北京)邵荷生、 林福严等人在对20钢的冲蚀 磨损研究时，也发现典型的 变形局部化绝热剪切唇，如 图8-6所示。
材料磨损与耐磨材料ppt课件
X
X
犁皱
4
硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿 石等，也可能是金属，如落入齿轮间的金属屑等。
磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的，经常 是多种磨损机制综合作用的结果，而且随着磨损条件 的变化，可能从一种机制转化为另一种机制。
5
磨粒磨损Abrasion (Abrasive Wear)的2个层次：
（5）根据相对硬度
软磨粒磨粒磨损：Hm/Ha>0.8
硬磨粒磨粒磨损： Hm/Ha<0.8 a：磨粒 m: 材料
（6）根据表面损伤形貌 擦伤型磨粒磨损 刮伤型磨粒磨损 研磨型磨粒磨损 凿削型磨粒磨损 犁皱型磨粒磨损 微观裂纹型磨粒磨损
（7）根据磨损机理 塑性变形磨粒磨损
17
断裂磨粒磨损
§3.2 磨粒磨损
当磨粒形状与运动方向适当时，磨粒如同刀具一样， 在表面进行切削形成切屑。但这种切削的宽度和深度 都很小，因此切屑也很小，称为微观切削。
25
§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
在显微镜下观察，这些微观切屑仍具有机床上切屑的 特点，即一面较光滑，另一面则有滑动的台阶，有些 还发生卷曲现象。
微观切削
1
2
ห้องสมุดไป่ตู้
3
4
5
6
13
§3.2.2 磨粒磨损的分类
（2）根据使用条件，还有如下分类： 冲击磨粒磨损：磨粒（通常是块状）垂直或以一定
08 材料的磨损与接触疲劳
本章重点内容
1、磨损曲线三个阶段 2、各种磨损的定义（特征） 3、接触疲劳及其接触疲劳的类型
因此，研究磨损规律，提高机件的耐磨性，对节约 能源、减少材料消耗、延长机件寿命具有重要意义。 本章重点讨论机件中常见的磨损形式，介绍其机理 和影响磨损速率的因素，并从材料学角度研究控制 磨损的途径。
8.1 摩擦与磨损
一、摩擦及类型：
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。
8.4 接触疲劳
一、定义：对于轴承 和齿轮机件，在表面交 变接触压应力长期作用 下，接触表面局部区域 产生小片或小块状金属 剥落，导致机件疲劳损 伤的现象。又称疲劳磨 损、麻点、点蚀。 接触疲劳的宏观形态特征：接触面出现许多深浅 不均匀的针状或点状凹坑或较大面积的表面压碎。
二、接触疲劳的类型
磨损的类型(按照磨损的破坏机制来分）：
氧化磨损；黏着磨损(咬合磨损、热磨损）； 磨粒磨损；微动磨损；表面疲劳磨损(接触疲 劳)。
磨损类型并非固定不变，在不同的外部条件 和材料具有不同特性情况下，损伤机制会由 一种损伤机制变成另一种损伤机制。
磨损形式随滑动速度和载荷的变化
三、耐磨性
耐磨性是材料抵抗磨损的力 学性能指标，用磨损量来表 示。
麻点剥落形成过程示意图 (a) 初始裂纹形成；(b) 初始裂纹扩展；(c) 二次裂纹形成； (d) 二次裂纹扩展；(e) 形成磨屑；(f) 锯齿形表面
(2)浅层剥落
剥落深度为0.2-0.4mm，剥块底部大致和表面平行， 而且侧面的一侧与表面成锐角，另一侧与表面垂直。 浅层剥落裂纹产生于亚表层，在纯滚动或摩擦力很小 的情况下，亚表层承受更大的切应力，产生塑性变形， 出现位错和空位，并逐步发展形成裂纹。裂纹沿与表 面平行的方向扩展，在应力集中处（夹杂物）产生二 次裂纹，沿与表面成锐角的方向扩展至表面，在另一 端形成悬臂梁，在反复弯曲作用下发生弯断，从而形 成浅层剥落。
材料力学性能教学课件材料的摩擦与磨损性能
结论及展望
通过对材料的摩擦与磨损性能的深入研究，可以为材料的选择和应用提供科学依据，进一步提高材料的性能和可靠 性。
金属材料
金属材料通常具有较高的摩擦系数，但也可以通过表面处理和润滑来减少磨损。
聚合物材料
聚合物材料具有较低的摩擦系数，但其耐磨性能相对较差。
陶瓷材料
陶瓷材料通常具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性能，但也容易产生表面粉化。
影响摩擦与磨损的因素
1 接触压力
增加接触压力会增加摩擦力和磨损。
3 温度
高温环境下摩擦和磨损会加剧。
2 表面粗糙度
粗糙表面会增加摩擦力和磨损。
摩擦与磨损的测试方法
1
磨损实验
2
使用特定装置和试样进行磨损实验，以获得
材料的磨损特性和性能。
3
滑动摩擦测试
通过模拟实际工况下的滑动摩擦来评估材料 的摩擦和磨损性能。
表面分析
通过观察和分析材料表面的变化，了解摩擦 和磨损的影响。
改善材料的摩擦与磨损性能的 措施
材料力学性能教学课件 PPT材料的摩擦与磨损性 能
在本课程中，我们将探讨材料的摩擦与磨损性能。了解摩擦力与摩擦系数的 含义，并分析擦力与磨损之间的相互作用。探讨不同材料之间的摩擦和 磨损的特点，以及它们对材料性能和寿命的影响。
常见材料的摩擦与磨损性能比较
金属材料及其耐磨损、摩擦、腐蚀性能
金属材料及其耐磨损、摩擦、腐蚀性能金属材料是一种历史悠久发展成熟的工程材料。
我国早在商朝即有青铜器出现，春秋战国时代开始使用铁器，铝合金的运用亦已有一百年的历史，就连钛合金都已发展六十多年了，随着人类文明的演进，金属材料一直扮演着重要的角色，举凡与我们生活息息相关的食，衣，住，行，无不处处见其踪迹，例如陆、海、空、各类运输工具、桥梁、建筑、机械工具，国防重工业等不胜枚举。
金属材料的机械性能。
金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。
所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。
由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。
所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。
金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。
金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。
金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。
外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。
常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
但在复杂工况条件下，冶金、矿山、港口、电力、煤炭、建材及军事等各个工业行业中，许多工件及设备由于磨损而迅速失效。
材料摩擦、磨损和腐蚀虽然很少引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失却是相当惊人的。
因此，在复杂工况下，耐摩擦、磨损、腐蚀性能是对金属机械材料部件的新挑战。
目前，针对金属机械材料部件耐摩擦、磨损、腐蚀性能研究不断更新完善。
喷涂型聚氨酯弹性体就是一种工艺技术成熟，可广泛应用于矿山、港口、电力、煤炭等复杂工况下的可增强机械设备耐磨防腐性能的新型高分子聚合物耐磨材料。