3-材料磨损与耐磨材料(第2章课件)3
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摩擦与磨损全课件第章耐磨减摩材料及表面处理解析
2. 制造耐磨零件的常用钢种
① 优质碳素结构钢 ② 锰钢、锰钒钢及锰钼钨钢 ③ 铬钢 ④ 铬镍钢及铬镍钼钢 ⑤ 铬锰钢 ⑥ 含硅合金钢 ⑦ 轴承钢 ⑧ 高锰钢
6.1.3 耐磨铸铁
铸铁是一种良好的耐磨材料，广泛用于制造各 种摩擦副，如机床导轨、气缸套、活塞环等零 件。
铸铁的耐磨性通常比钢好，因为有石墨存在。 ① 工作时，石墨易在表面脱落成为润滑剂，起减
⑤ 铅青铜浇铸时，易产生比重偏析。为此，可加入适量的 镍、锑等元素，阻止铅的积聚；同时可增大冷却速度， 以减轻比重偏析。
4.铝基轴承合金
铝基轴承合金是随着近代发动机向高速、高压、 重载方向发展而出现的一种新型滑动轴承合金。
优点：密度小、导热性好、承载强度和疲劳强度 高，且有高的高温硬度，优良的耐蚀性和减摩性。
特点：有高的疲劳强度和承载压强，良好的耐磨、 耐热和耐蚀性。
可用于载荷变动大、有冲击载荷及润滑条件易受 破坏的动力机械上的轴承材料。如高速大功率内 燃机车、重型汽车和拖拉机的轴承。
5.多层合金减摩材料
上述各类合金可分别与低碳钢带一起轧制复合成 双金属轴承材料。
为改善表面性能，可在减摩合金表面再镀一层质 软而薄的金属层，构成三层减摩合金材料。
塑性变形能力，以减少安装和制造误差的影响。 嵌藏性是指油中杂质和外来的微粒能嵌入减摩合 金内而不至于划伤轴颈表面。
4)足够的强度。即有一定抗塑性变形的能力和良 好的抗疲劳性。
5)良好的物理、化学性能。如应有高的导热性和 热容量，热膨胀系数小，耐蚀性好，湿润性和亲 油性好等。
6) 工艺性好，生产工艺简单，成本低。
① 加入硅、锰、铬能提高硬度。
② 钼、钒、钨会部分溶于钢中生成M3C或M7C3形 化合物，提高耐磨性。
材料磨损与耐磨材料绪论课件
——法国科F学=家μ阿·N蒙顿Amontons摩擦定律
14
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806) —动、静摩擦研究；
15
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806） ——动、静摩擦研究
16
摩擦学经典理论
1785 年：库仑C.A.Coulomb 对摩擦起因的解释：他猜想在相对运动中， 一表面的微凸体沿其相对表面微凸体的斜 坡爬升，摩擦力即和这种爬升运动中所做 的功有关。
17
1785 年：C.A.Coulomb
18
摩擦学经典理论
1881 年： Heinrich Hertz （1857-
53
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
机械制造业是矿产资源的最大使用者， 是能源的最大消耗者，是有害气体和 废水的最大排放者。机电产品更新换 代频率加快，一方面造成了自然资源 的日益匮乏，另一方面造成了机电产 品报废数量激增。
54
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
近几年全球每年至少有2600万辆汽 车报废，发达国家目前已有1.25亿 台旧计算机废弃不用，世界废弃电 脑很快就将达到6.8亿台。
27
摩擦磨损与国民经济
参照德、美和加拿大等国调查结果，即摩 擦学知识的工业应用每年可节约的费用约 占GNP的1～1. 4％，若取平均值(1.2％)， 按我国2003年GNP为11.66万亿元估算， 2003年我国全国工矿企业在摩擦学上的节 约潜力约1400亿元。
28
摩擦磨损与国民经济
我国2007年GDP246619亿元，在摩擦磨损 润滑方面的节约潜能约2959亿元。这说明重 视摩擦学的研究、应用所产生的效益巨大。
14
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806) —动、静摩擦研究；
15
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806） ——动、静摩擦研究
16
摩擦学经典理论
1785 年：库仑C.A.Coulomb 对摩擦起因的解释：他猜想在相对运动中， 一表面的微凸体沿其相对表面微凸体的斜 坡爬升，摩擦力即和这种爬升运动中所做 的功有关。
17
1785 年：C.A.Coulomb
18
摩擦学经典理论
1881 年： Heinrich Hertz （1857-
53
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
机械制造业是矿产资源的最大使用者， 是能源的最大消耗者，是有害气体和 废水的最大排放者。机电产品更新换 代频率加快，一方面造成了自然资源 的日益匮乏，另一方面造成了机电产 品报废数量激增。
54
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
近几年全球每年至少有2600万辆汽 车报废，发达国家目前已有1.25亿 台旧计算机废弃不用，世界废弃电 脑很快就将达到6.8亿台。
27
摩擦磨损与国民经济
参照德、美和加拿大等国调查结果，即摩 擦学知识的工业应用每年可节约的费用约 占GNP的1～1. 4％，若取平均值(1.2％)， 按我国2003年GNP为11.66万亿元估算， 2003年我国全国工矿企业在摩擦学上的节 约潜力约1400亿元。
28
摩擦磨损与国民经济
我国2007年GDP246619亿元，在摩擦磨损 润滑方面的节约潜能约2959亿元。这说明重 视摩擦学的研究、应用所产生的效益巨大。
第3章金属磨损ppt课件
pv准则
pv准则形式简单，常用在非流体润滑的滑动轴承等零件的 设计中，作为选择抗胶合材料的依据。 但是其数据离散范围较大，有时达到50%，因此准确性较 差。
pv [ pv]
式中，p为Hertz最大应力；v为相对滑动速度。 根据工况条件[pv]在3.2×103~1.5×105 MPa·m／s之间变化。
载荷与速度的乘积与摩擦副间传递的功率成正比，因此可 以认为，材料一定的摩擦副传递的功率是有限的。工程中 常常要限制摩擦副的pv值。
2. 表面温度
pv值与摩擦副传递的功率成正比，也就是与摩擦损耗的功 率成正比，摩擦过程中这些能量产生的热使表面温度升高。
产生的热量在接触表面间不是均匀分布的，大部分的热量 产生在表面接触点附近，形成了半球形的等温面。
而由于摩擦副体积远大于接触峰点，一旦脱离接触，峰点 温度便迅速下降，一般局部高温持续时间只有几毫秒。
润滑油膜、吸附膜或其他表面膜将发生破裂，使接触峰点 产生粘着，随后在滑动中粘着结点破坏。
这种粘着、破坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。
3.3.1 粘着磨损的种类
1. 轻微粘着磨损 当粘着结点的强度低于摩擦副金属的强度时，剪切发生在
对于纯金属和各种未经热处理的钢材，耐磨性与材料硬度成 正比关系。
2. 相对硬度
磨料硬度H0与试件材料硬度H之间的相对值。 为了防止磨粒磨损，材料硬度应高于磨料硬度。
3. 载荷
外载荷对各种材料的磨粒磨损有显著影响。线磨损率与表面 压力成正比。
当压力达到转折值pc时，线磨损率随压力的增加变得平缓， 这是由于磨粒磨损形式转变的结果。各种材料的转折压力值 是不同的。
结合面上。此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料 迁移也不显著。
材料摩擦磨损课件
通过改变载荷、速度、温度等条件，评估金属材料的摩擦系数、磨损量
等参数。
02
高分子材料
高分子材料的摩擦磨损性能测试通常采用旋转式或往复式摩擦试验机，
通过改变载荷、速度、温度等条件，评估高分子材料的摩擦系数、磨损
量等参数。
03
陶瓷材料
陶瓷材料的摩擦磨损性能测试通常采用球-盘式或往复式摩擦试验机，
通过改变载荷、速度、温度等条件，评估陶瓷材料的摩擦系数、磨损量
摩擦分类
干摩擦、湿摩擦、边界摩擦。
摩擦学的研究内容与意义
研究内容
研究摩擦、磨损和润滑的本质、 规律及控制方法。
研究意义
减少摩擦磨损，提高能源利用率 ；提高设备性能和寿命；促进科 技进步。
材料摩擦磨损的危害与防治
危害
材料损失、设备失效、安全事故。
防治
选择合适的材料、优化设计、改善环境、使用润滑剂。
的化学反应。
04
材料摩擦磨损机制及影响因素
金属材料的摩擦磨损机制
粘着磨损
金属表面之间由于粘着效应而 产生磨损。
磨粒磨损
金属表面与硬质颗粒相互作用 ，导致表面损伤。
疲劳磨损
在循环应力作用下，金属表面 产生疲劳裂纹，最终导致表面 磨损。
腐蚀磨损
在腐蚀性环境中，金属表面腐 蚀导致磨损。
高分子材料的摩擦磨损机制
摩擦系数及其影响因素
摩擦系数
描述两接触表面间摩擦性能的数值，通常以滑动摩擦力与法 向力的比值表示。
影响因素
摩擦系数受多种因素影响，如材料性质、表面粗糙度、环境 温度和湿度等。
03
材料摩擦磨损性能测试技术
摩擦试验机分类及原理
往复式摩擦试验机
该试验机模拟实际使用过程中两表面间的摩擦行为，其中 一个表面固定，另一个表面可移动。通过测量摩擦力、摩 擦系数等参数，评估材料的摩擦性能。
无机非金属材料工厂设计概论-03-02-3
旋风式选粉机的工艺特点
存在问题： 旋风式选粉机的分级结构与离心式选粉机相似，对 离心式选粉机所存在的主要缺陷（如分级力场不稳定、 机壁效应、存在局部涡流等）都未能消除。分级性能 的改善有限。
旋风式选粉机已有洪堡—维达格公司生产的洪堡—维达格型、 维达格公司生产的维达格型及日本通过技术合作生产的川绮一 维达格型等三种。SKET／ZAB公司制造的外通风式选粉机把可 调空气选粉机及选粉与细粉沉降过程分开进行的原理结合在一 个机组中，其性能与旋风式选粉机相同。目前使用的各种旋风 式选粉机都是在它们的基础上研究发展起来的。
3.2 旋风式选粉机的工艺特点
1）转子转速与系统的循环风量可分别调节，既易于调节产品 细度，也扩大了细度的调节范围。 水泥产品的比表面积可调范围为2500-7000cm2/g。 2）采用小直径的旋风收尘器收集细粉，提高了细粉的收集效 率，减少了细粉的循环量，选粉效率提高，处理风量增加。其 收集效率可达90%，而离心式选粉机的收集效率仅为50%。 3）在相同的选粉能力下，旋风式选粉机的机体直径较离心式 选粉机小，分级室单位截面积的处理物料量比离心式选粉机高 2~2.5倍。 4）风叶磨损小、运转平稳、调整灵活方便、适应于产品的冷 却和烘干等。 旋风式选粉机的选粉能力已可达500 t/h，得到日益广泛的 应用。
离心式选粉机存在问题的分析
1）选粉机无明确的分级界面和稳定的分级力场，分级精度低。 离心式选粉机内颗粒的受力情况： 重力Fg：大小与颗粒质量成正比； 离心力Fe ： 大小随颗粒所处位臵不同而变化； 气体阻力Fd ： 方向与大小均随所处位臵不同而变化。 分级区内截面形状变化较大，致使各截面的气流速度的大小与方向 变化较大，分级气流不能形成稳定、均齐的分级力场。 分级区内同一粒径大小的颗粒因所处位臵不同而受到大小与方向都 不同的合力。 由上而下的分级气流在分级区上部盖风板处，因突然变向形成一死 角，在死角内形成局部涡流，干扰分级区的流场； 机壁效应的存在，也影响细粉的分离，使部分细粉与粗粉一起碰到 内壁而沉降。
第三章 磨损及磨损理论
Ⅱ稳定磨损阶段：
出现在摩擦副的正常运行阶段。经过跑合，摩擦 表面加工硬化，微观几何形状改变，实际接触面 积增大，压强降低，从而建立了弹性接触的条件， 这时磨损已经稳定下来，如图所示，磨损量随时 间增大缓慢增大。
Ⅲ 剧烈磨损阶段：当材料磨损量达到一定数值时， 摩擦条件发生较大的变化，磨损速度急剧增加。 这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪音 及振动，最后导致零件完全失效。
在一定的法向载荷作用下，微凸体接触，发生 塑性变形，产生粘着；
在相对滑动过程中，剪切粘着点，材料就会从 一个表面转移到另外一表面，形成磨损；
一部分转移的材料分离， 从而形成游离磨粒；
再形成新的粘着点。
** 接触-塑性变形-粘着-剪断 粘着点-材料转移-再粘着，循 环不断进行，构成粘着磨损过 程。
c.材料的组织结构和表面处理
多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力高；金 属中化合物相比单相固溶体的粘着倾向小。
通过表面处理技术在金属表面生成硫化物、磷 化物或氯化物等薄膜可以减少粘着效应，同时 表面膜限制了破坏深度，提高抗粘着磨损的能 力。
d.元素周期表中的B族元素，如锗、银、镉、铟、 锡、锑、铊、铅、铋与铁的冶金相容性差，抗 粘着磨损性能好。而铁与A族元素组成的摩擦副 粘着倾向大。
2、磨粒(磨粒)磨损
(1)定义
外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物 或粗糙峰在摩擦过程中引起表面材料脱落的 现象, 称为磨粒磨损。
例如：掘土机铲齿、犁耙、球磨机衬板、机 床导轨面等的磨损。
水轮机叶片和船舶螺旋桨等与含泥沙的水之 间的侵蚀磨损。
(2)磨粒磨损分类及其磨 ①损按特摩征擦表面的数目分为:
b.涂抹
➢ 粘着强度大于摩擦副中较软金属的剪切强度，小于较 硬金属的剪切强度；
材料磨损与耐磨材料ppt课件
9
§3.2.2 磨粒磨损的分类
第二，高应力磨粒磨损也称碎式磨粒磨损，如下图所示。
当磨粒与材料之间接触 压应力大于磨粒的压溃强度 时，韧性材料产生塑性变形 或疲劳，脆性材料则发生碎 裂或剥落。
磨损的磨粒在压碎前， 几乎没有滚动和切削，对被 磨表面的主要作用由接触处 集中压应力造成。
10
对塑性材料，就像打硬度一样，磨粒使材料表 面发生塑性变形，许许多多“压头”对材料表面作用， 使之发生不定向流动，最后由疲劳而破坏。对于脆硬 材料，几乎不发生塑性流动，磨损主要是脆性破裂的 结果。典型零件是滚式破碎机中的辊轮等（见右图）。
模型计算的3个假设： 材料不发生塑性变形（刚体） 硬质磨粒简化为圆锥体 磨损过程为简单滑动
V：磨损体积 r： 磨粒圆锥
体半径
x ：磨粒压入 材料内深度
l(L)：滑动距离
1 V 2r x L r x19 L
2
§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
因为磨粒压入金属材料内的深度，取决于压力的大小和 材料硬度的比值，所以
1
2
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
的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损相似，但局 部应力要高得多。
冲蚀磨粒磨损：材料同含有固体颗粒的液体作相对 运动，在表面造成的损耗。
气蚀-冲蚀磨粒磨损：固体同液体作相对运动，在气 泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损，并伴有流体与 磨粒的冲蚀作用。
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。
§3.2.2 磨粒磨损的分类
第二，高应力磨粒磨损也称碎式磨粒磨损，如下图所示。
当磨粒与材料之间接触 压应力大于磨粒的压溃强度 时，韧性材料产生塑性变形 或疲劳，脆性材料则发生碎 裂或剥落。
磨损的磨粒在压碎前， 几乎没有滚动和切削，对被 磨表面的主要作用由接触处 集中压应力造成。
10
对塑性材料，就像打硬度一样，磨粒使材料表 面发生塑性变形，许许多多“压头”对材料表面作用， 使之发生不定向流动，最后由疲劳而破坏。对于脆硬 材料，几乎不发生塑性流动，磨损主要是脆性破裂的 结果。典型零件是滚式破碎机中的辊轮等（见右图）。
模型计算的3个假设： 材料不发生塑性变形（刚体） 硬质磨粒简化为圆锥体 磨损过程为简单滑动
V：磨损体积 r： 磨粒圆锥
体半径
x ：磨粒压入 材料内深度
l(L)：滑动距离
1 V 2r x L r x19 L
2
§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
因为磨粒压入金属材料内的深度，取决于压力的大小和 材料硬度的比值，所以
1
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§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
的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损相似，但局 部应力要高得多。
冲蚀磨粒磨损：材料同含有固体颗粒的液体作相对 运动，在表面造成的损耗。
气蚀-冲蚀磨粒磨损：固体同液体作相对运动，在气 泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损，并伴有流体与 磨粒的冲蚀作用。
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。
材料摩擦磨损ppt课件
“金属皂膜”不仅有较低的切变强度，相对说来 也有比较高的熔点。
例如，硬脂酸的熔点是69℃，而这种金属
皂膜的熔点约为120℃。因此，这种化学吸附膜
作为润滑剂，可以在中等裁荷、中等温度及中
等滑动速度下使用。
精选课件ppt
30
硬脂酸化学吸附
吸附结果是表面上形成了一层硬脂酸“金属皂
膜”
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31
化学反应
物理吸附无需活化能，在任何温度下都会以一定的
速率，即以使吸附物布满固体表面的速率发生物理吸附。
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26
表面化学反应
表面化学反应是指吸附质与固体表面相互作用形成 了一种新的化合物。这时无论是吸附质还是吸附剂的特 性都发生了根本变化。
金属表面特别是多晶体金属表面往往包含有很多 缺陷：晶界、位错、台阶等，这些部位能量高，氧化 也就往往从这些高能位置开始，一直到将表面覆盖。
E(r)4ab12b6 r r
ＱP 表示吸附能（吸附热），r0 中吸附分子在平
衡时离开表面的距离 。
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24
化学吸附
化学吸附，在吸附剂和吸附 物的原子或分子间发生电子 的转移，改变了吸附分子的 结构。
按照吸附过程中电子转移 的程度，化学吸附还可以 分为，离子吸附和化学键 吸附。在化学吸附中，吸 附剂和吸附物分子或原子 之间的作用力，主要是静 电库仑力。
面缺由陷于：界晶面体特的殊缺的陷结若构主和要界是面沿能二量维，方使向得伸界展面开有来许， 而多在与另晶体一内维部方不向同上的的性尺质寸。变例化如相，对界地面甚的小扩，散则、称界为面面 缺吸陷附。、界各面种腐界蚀面、如界晶面体与表位面错、的晶相界互、作亚用晶等界，及并相对界材等 都料是的面机缺械陷性，能它（们强通度常、只韧有性一）个以至及几对个变原形子、层再厚结。晶和 相变过程等都有重要影响。
例如，硬脂酸的熔点是69℃，而这种金属
皂膜的熔点约为120℃。因此，这种化学吸附膜
作为润滑剂，可以在中等裁荷、中等温度及中
等滑动速度下使用。
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30
硬脂酸化学吸附
吸附结果是表面上形成了一层硬脂酸“金属皂
膜”
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31
化学反应
物理吸附无需活化能，在任何温度下都会以一定的
速率，即以使吸附物布满固体表面的速率发生物理吸附。
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26
表面化学反应
表面化学反应是指吸附质与固体表面相互作用形成 了一种新的化合物。这时无论是吸附质还是吸附剂的特 性都发生了根本变化。
金属表面特别是多晶体金属表面往往包含有很多 缺陷：晶界、位错、台阶等，这些部位能量高，氧化 也就往往从这些高能位置开始，一直到将表面覆盖。
E(r)4ab12b6 r r
ＱP 表示吸附能（吸附热），r0 中吸附分子在平
衡时离开表面的距离 。
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24
化学吸附
化学吸附，在吸附剂和吸附 物的原子或分子间发生电子 的转移，改变了吸附分子的 结构。
按照吸附过程中电子转移 的程度，化学吸附还可以 分为，离子吸附和化学键 吸附。在化学吸附中，吸 附剂和吸附物分子或原子 之间的作用力，主要是静 电库仑力。
面缺由陷于：界晶面体特的殊缺的陷结若构主和要界是面沿能二量维，方使向得伸界展面开有来许， 而多在与另晶体一内维部方不向同上的的性尺质寸。变例化如相，对界地面甚的小扩，散则、称界为面面 缺吸陷附。、界各面种腐界蚀面、如界晶面体与表位面错、的晶相界互、作亚用晶等界，及并相对界材等 都料是的面机缺械陷性，能它（们强通度常、只韧有性一）个以至及几对个变原形子、层再厚结。晶和 相变过程等都有重要影响。
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当两个凹凸不平的固体表面相接触时，并不 是整个表面都接触，只是凸起的微峰之间形 成接触点，当两者的距离足够近，会产生原 子的作用力。接触点以外区域表面间的原子 不存在作用力，因为两表面是被完全隔开。 这种接触具有不连续性和不均匀性。见下图 所
接触面积可分三种： 名义接触面积：由物体表面接触的外部尺寸决定， 以An表示，An＝a x b
其数学表达式为：
或
9
§2.2 固体表面表征方法
➢§2.2.2 微观不平度十点平均高度Rz
它是指在取样长度l内5个最大的轮廓峰高 (绝对值）的平均值和5个最大轮廓谷深（绝对 值）的平均值之和，如下图所示：
其数学表达式：
10
§2.2 固体表面表征方法
➢§2.2.3 轮廓均方根偏差Rq
它是指在取样长度l内轮廓偏距的均方根值。 其数学表达式为：
➢ 取 平(1样 均)轮长 值廓度，微如l内观图轮不所廓平示在度。中的p线平mmi均为-m含间上有距间一Sm距个，p它轮mi是的廓指算蜂在术和 相邻轮廓谷的一段中线长度。反映表面峰、谷 轮廓的斜度。
13
§2.2 固体表面表征方法
➢ (2)轮廓单峰平均间距S，它是指在取样长度l内 轮 映廓 表的 面单单峰峰间出距现的Pi的频平率均。值，见下图所示。反
3
§2.1 固体表面的几何形貌
➢ 所有这些都造成零件的实际表面与理想的绝 对光滑的、平整的表面存在有一定的几何形 状的误差，如下图所示。这种形状误差可分 为三类：
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
4
§2.1 固体表面的几何形貌
➢ (1)宏观几何形状误差：即表面形状误差。对 于平面，用不直度和不平度表示，对于圆柱 面，用不圆度，椭圆度、不圆柱度等表示， 如图所示，△表示形状误差。
19
§2.2 固体表面表征方法
激光共焦扫描显微镜
20
Chapter 2: 固体表面结构与接触特 性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
21
§2.3 物体接触与实际接触面积
➢ §2.3.1 物体摩擦表面接触特点 对于所有固体的真实表面都是凹凸不平的，
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
17
课内题： 请画出轮廓支承面曲线，并说明摩擦表面特征
18
§2.2 固体表面表征方法
➢ NOTE：上述表征固体表面形貌的参数只能反映 被测表面某一截面上的形貌。为了反映固体表 面上某一区域的全部形貌，近年来开始研究表 面的三维形貌，即在x、y表面上描绘出形貌轮 廓后，再使被侧表面相对于轮廓仪测头在z轴 方向移动一个微小的距离，然后再测出一条表 面轮廓线，这样就可以得到由一组间隔很密的 轮廓线组成的三维形貌图，如下图所示：
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
5
§2.1 固体表面的几何形貌
➢ (2)表面波纹度：零件表面周期性重复出现的 一种几何形状误差。波纹度有两个重要参数， 即波高和波距。波高Hb表示波峰和波谷间的高 度差，波距Lb表示相邻两波形对应点的间距， 如图所示。波纹度的变化会影响零件的实际支 承表面的面积，从而影响磨损。
7
Chapter 2: 固体表面结构与接触特性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
8
§2.2 固体表面的表征方法·
§2.2.1 轮廓算术平均偏差Ra
如下图所示是在取样长度l内，被测轮廓上 各点轮廓中心线m-m的距离(y1，y2，…，yn)绝 对值总和的算术平均值。
14
§2.2 固体表面表征方法
➢ §2.2.4 轮廓支承面曲线 它表示表面轮廓上各微凸体沿高度分布
的情况，也可以反映出摩擦表面磨损到某一 定程度时，支承面积大小。表面上微凸体的 高度分布—支承面曲线如图所示：
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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§2.2 固体表面表征方法
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固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ (3)表面粗糙度：是指比表面波纹度更 微观尺度上的几何形状误差。通常是指 毫米尺度以下范围内表面凹凸不平的情 况，而波纹度的波距较长，一般在1-10 毫米范围。表面粗糙度的评定指标一般
采用轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度 十点平均高度Rz及轮廓均方根偏差Rq.
轮廓支撑面曲线可用作图法求得，它是在取样 长度l内，作任一平行于中线m-m的线与轮廓相 截后得到的各段截线长度之和与取样长度l之比。 即：
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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§2.2 固体表面表征方法
➢ 轮廓支承面曲线表示表面轮廓上各微凸体沿 高度分布的情况，反映出摩擦表面磨损到某 一定程度时，支承面积大小。该参数对研究 摩擦表面的接触状态和表面耐磨性有重要作 用。
第一篇 材料磨损基础
➢Chapter 1: 材料的磨损 ➢Chapter 2: 固体表面结构与接触特性 ➢Chapter 3: 材料的磨损机理
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ 不仅是金属，凡是固体其表面形貌都很复 杂。这是因为任何机器零件的表面都要留 下其加工制造工艺过程所产生的痕迹。如 铸件表面，金属在铸型中凝固时留下的粗 糙的表面；锻压件表面留下金属成型过程 中压力加工的表面；机械加工零件表面留 下的机加工刀痕，切屑分离时的塑性变形 等。
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§2.2 固体表面表征方法
NOTE ! 上述三种参数仅反映表面高度方向的 粗糙度，但不能反映表面峰、谷轮廓的斜度和 其出现频率的情况。为了克服这一点，可采用 表面轮廓在水平方向的参数和二维参数来补充 评定表面的形貌：
1.轮廓微观不平度的平均间距Sm； 2.轮廓单峰平均间距S
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§2.2 固体表面表征方法
接触面积可分三种： 名义接触面积：由物体表面接触的外部尺寸决定， 以An表示，An＝a x b
其数学表达式为：
或
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§2.2 固体表面表征方法
➢§2.2.2 微观不平度十点平均高度Rz
它是指在取样长度l内5个最大的轮廓峰高 (绝对值）的平均值和5个最大轮廓谷深（绝对 值）的平均值之和，如下图所示：
其数学表达式：
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§2.2 固体表面表征方法
➢§2.2.3 轮廓均方根偏差Rq
它是指在取样长度l内轮廓偏距的均方根值。 其数学表达式为：
➢ 取 平(1样 均)轮长 值廓度，微如l内观图轮不所廓平示在度。中的p线平mmi均为-m含间上有距间一Sm距个，p它轮mi是的廓指算蜂在术和 相邻轮廓谷的一段中线长度。反映表面峰、谷 轮廓的斜度。
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§2.2 固体表面表征方法
➢ (2)轮廓单峰平均间距S，它是指在取样长度l内 轮 映廓 表的 面单单峰峰间出距现的Pi的频平率均。值，见下图所示。反
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ 所有这些都造成零件的实际表面与理想的绝 对光滑的、平整的表面存在有一定的几何形 状的误差，如下图所示。这种形状误差可分 为三类：
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ (1)宏观几何形状误差：即表面形状误差。对 于平面，用不直度和不平度表示，对于圆柱 面，用不圆度，椭圆度、不圆柱度等表示， 如图所示，△表示形状误差。
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§2.2 固体表面表征方法
激光共焦扫描显微镜
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特 性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
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§2.3 物体接触与实际接触面积
➢ §2.3.1 物体摩擦表面接触特点 对于所有固体的真实表面都是凹凸不平的，
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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课内题： 请画出轮廓支承面曲线，并说明摩擦表面特征
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§2.2 固体表面表征方法
➢ NOTE：上述表征固体表面形貌的参数只能反映 被测表面某一截面上的形貌。为了反映固体表 面上某一区域的全部形貌，近年来开始研究表 面的三维形貌，即在x、y表面上描绘出形貌轮 廓后，再使被侧表面相对于轮廓仪测头在z轴 方向移动一个微小的距离，然后再测出一条表 面轮廓线，这样就可以得到由一组间隔很密的 轮廓线组成的三维形貌图，如下图所示：
固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ (2)表面波纹度：零件表面周期性重复出现的 一种几何形状误差。波纹度有两个重要参数， 即波高和波距。波高Hb表示波峰和波谷间的高 度差，波距Lb表示相邻两波形对应点的间距， 如图所示。波纹度的变化会影响零件的实际支 承表面的面积，从而影响磨损。
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
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§2.2 固体表面的表征方法·
§2.2.1 轮廓算术平均偏差Ra
如下图所示是在取样长度l内，被测轮廓上 各点轮廓中心线m-m的距离(y1，y2，…，yn)绝 对值总和的算术平均值。
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§2.2 固体表面表征方法
➢ §2.2.4 轮廓支承面曲线 它表示表面轮廓上各微凸体沿高度分布
的情况，也可以反映出摩擦表面磨损到某一 定程度时，支承面积大小。表面上微凸体的 高度分布—支承面曲线如图所示：
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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§2.2 固体表面表征方法
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固体表面几何形状误差
1—形状误差；2—波纹；3—粗糙度
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ (3)表面粗糙度：是指比表面波纹度更 微观尺度上的几何形状误差。通常是指 毫米尺度以下范围内表面凹凸不平的情 况，而波纹度的波距较长，一般在1-10 毫米范围。表面粗糙度的评定指标一般
采用轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度 十点平均高度Rz及轮廓均方根偏差Rq.
轮廓支撑面曲线可用作图法求得，它是在取样 长度l内，作任一平行于中线m-m的线与轮廓相 截后得到的各段截线长度之和与取样长度l之比。 即：
其中：P为轮廓最高峰点至截线间的距离。
P0为最高峰点至最深谷的距离
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§2.2 固体表面表征方法
➢ 轮廓支承面曲线表示表面轮廓上各微凸体沿 高度分布的情况，反映出摩擦表面磨损到某 一定程度时，支承面积大小。该参数对研究 摩擦表面的接触状态和表面耐磨性有重要作 用。
第一篇 材料磨损基础
➢Chapter 1: 材料的磨损 ➢Chapter 2: 固体表面结构与接触特性 ➢Chapter 3: 材料的磨损机理
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Chapter 2: 固体表面结构与接触特性
➢§2.1 固体表面的几何形貌 ➢§2.2 固体表面的表征方法 ➢§2.3 物体接触与实际接触面积 ➢§2.4 固体表面结构
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§2.1 固体表面的几何形貌
➢ 不仅是金属，凡是固体其表面形貌都很复 杂。这是因为任何机器零件的表面都要留 下其加工制造工艺过程所产生的痕迹。如 铸件表面，金属在铸型中凝固时留下的粗 糙的表面；锻压件表面留下金属成型过程 中压力加工的表面；机械加工零件表面留 下的机加工刀痕，切屑分离时的塑性变形 等。
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§2.2 固体表面表征方法
NOTE ! 上述三种参数仅反映表面高度方向的 粗糙度，但不能反映表面峰、谷轮廓的斜度和 其出现频率的情况。为了克服这一点，可采用 表面轮廓在水平方向的参数和二维参数来补充 评定表面的形貌：
1.轮廓微观不平度的平均间距Sm； 2.轮廓单峰平均间距S
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§2.2 固体表面表征方法