摩擦与磨耗性能
摩擦与磨损
表面摩擦与磨损一、摩擦与磨损的定义摩擦的定义是:两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或者相对运动趋势时,在切相面见间产生切向的运动阻力,这一阻力又称为摩擦力。
磨损的定义是:任一工作表面的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象。
据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的30%。
在机器工作过程中，磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏，使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低，甚至可能导致零件的突然破坏。
人类很早就开始对摩擦现象进行研究，取得了大量的成果，特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。
在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施，可以有效地解决零件的摩擦磨损问题，提高机器的工作效率，减少能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性。
二、摩擦的分类及评价方法在机器工作时，零件之间不但相互接触，而且接触的表面之间还存在着相对运动。
从摩擦学的角度看，这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。
有四种摩擦分类方式：按照摩擦副的运动状态分类、按照摩擦副的运动形式分类、按照摩擦副表面的润滑状态分类、按照摩擦副所处的工况条件分类。
这里主要以根据摩擦副之间的状态不同分类，摩擦可以分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦，如图2－1所示。
图2-1 摩擦状态1、干摩擦当摩擦副表面间不加任何润滑剂时，将出现固体表面直接接触的摩擦（见图2-1a），工程上称为干摩擦。
此时，两摩擦表面间的相对运动将消耗大量的能量并造成严重的表面磨损。
这种摩擦状态是失效，在机器工作时是不允许出现的。
由于任何零件的表面都会因为氧化而形成氧化膜或被润滑油所湿润，所以在工程实际中，并不存在真正的干摩擦。
2 、边界摩擦当摩擦副表面间有润滑油存在时，由于润滑油与金属表面间的物理吸附作用和化学吸附作用，润滑油会在金属表面上形成极薄的边界膜。
边界膜的厚度非常小，通常只有几个分子到十几个分子厚，不足以将微观不平的两金属表面分隔开，所以相互运动时，金属表面的微凸出部分将发生接触，这种状态称为边界摩擦（见图2-1b）。
磨损及磨损理论
第一节 概 述
任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而产 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，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用 寿命。从材料学科特别是从材料的工程应用来看，人们更重视 研究材料的磨损。据不完全统计，世界能源的1／3～1／2消耗 于摩擦，而机械零件80％失效原因是磨损。
表表面面存存在在明明显显粘粘着着痕痕迹迹和和材材料料转转移移，，有有较较大大粘粘着着坑坑块，块在，高在速高重速 载重下载，下大，量大摩量擦摩热擦使热表使面表焊面合焊，合撕，脱撕后脱留后下留片下片片粘片着粘坑着。坑。
黏黏着着坑坑密密集集，，材材料料转转移移严严重重，，摩摩擦擦副副大大量量焊焊合合，，磨磨损急损剧急增剧加增，加， 摩摩擦擦副副相相对对运运动动受受到到阻阻碍碍或或停停止止。。 材材料料以以极极细细粒粒状状脱脱落落，，出出现现许许多多““豆豆斑斑””状状凹凹坑坑。。
所以磨损是机器最常见、最大量的一种失效方式。据调查轮，胎压联痕(SEM 邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，其5中000X) 直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损 直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失 还需加上10%一20%。
摩擦痕迹 (350X)
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。通常 在金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生轻微粘着摩损。
(2)涂抹:
粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较硬金属抗剪切强度。 剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬 金属表面。这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。
（3）磨损比
高速铁路钢轨的磨耗与摩擦特性分析
高速铁路钢轨的磨耗与摩擦特性分析一、引言高速铁路的发展给交通运输带来了革命性的变化，而高速铁路钢轨作为铁路系统的核心组成部分，其性能对列车运行的安全、平稳和效率起着不可忽视的作用。
本文将对高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性进行分析，重点关注磨耗机理、摩擦特性以及相关影响因素。
二、高速铁路钢轨的磨耗机理1. 微观磨损机理高速铁路钢轨在使用过程中，面临着列车轮轨间的高频接触和摩擦作用，微观颗粒间的碰撞和切削是造成磨耗的主要机理。
研究表明，高速列车行驶时，接触面附近会产生较高的温度和应力，导致钢轨表面的微小颗粒相互作用，进而引起磨损。
2. 磨耗过程和形式高速铁路钢轨的磨耗过程可分为初期磨耗阶段、稳定磨耗阶段和加速磨耗阶段。
初期磨耗阶段主要由轮轨热应力和表面几何形貌差异引起，稳定磨耗阶段则主要受到列车速度和钢轨物性方面的影响。
在加速磨耗阶段，因摩擦和磨损引起的表面粗糙度增加，磨耗速率会进一步增加。
三、高速铁路钢轨的摩擦特性分析1. 物理摩擦特性高速铁路钢轨的物理摩擦特性主要包括静摩擦系数和动摩擦系数。
静摩擦系数是指轮轨之间在静止状态下产生的摩擦力和垂直力之比，而动摩擦系数是指轮轨间在运动状态下产生的摩擦力和垂直力之比。
研究发现，高速铁路钢轨的动摩擦系数通常大于静摩擦系数。
2. 温度效应高速列车的高速行驶以及轮轨接触处的摩擦会导致钢轨表面发热，使得钢轨的温度升高。
高温条件下，钢轨材料的性能会发生变化，同时也影响着钢轨与轮轨之间的摩擦特性。
研究表明，高温条件下，高速铁路钢轨的摩擦系数会增加，但超过一定温度后，摩擦系数反而开始下降。
四、影响高速铁路钢轨磨耗与摩擦特性的因素1. 轮轨几何形状轮轨几何形状的不平整度对高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性有着重要影响。
几何形状的不平整度会导致轮轨接触面的应力分布不均匀，从而引起局部磨损。
2. 列车运行速度列车运行的速度直接影响着高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性。
速度的增加会加剧轮轨间的摩擦和磨损，因此高速列车的使用将导致钢轨磨损加剧。
磨耗试验
磨耗试验Wear Test陈士教授编撰一、实验目的测定金属和金属对磨之磨耗速率和摩擦系数之磨耗特性，及耐磨处理对磨耗特性的影响。
二、实验原理及仪器1.原理大家都知道汽车引擎在跑完数万公里后，必需进厂搪缸，否则汽车将极耗油，而且马力输出会大不如昔。
原因是引擎的汽缸壁和活塞环之间经年累月的对磨导致二者之间的间隙变大，燃烧不完全所排出的废气亦对环境造成污染。
只要是相对运动的机械组件都有可能发生机件磨耗。
如何减少机件磨耗，除了从机械设计着手之外，对磨材料的选择是不可或缺的。
尽管磨耗科学（Tribology）的发展已臻完整，对于任何一种对磨系统的磨耗特性。
磨耗科学为摩擦（Friction）与磨耗(Wear)的科学。
摩擦是两相对运动物体之接触面发生之阻力，磨耗则是物体因两面间的相对运动造成材料画渐流失。
有两种方法从材料表面移去材料，其一是藉由化学反应的方法使材料溶解，其二是从表面破裂而流失，也就是机械力作用产生的磨耗。
大多数的磨耗机构包含后者。
依此观之，磨耗过程是渐进的、跟系统有关的。
磨耗可能发生在引擎汽缸、先进的涡轮叶片、农具、轴承、齿轮、刀具、皮鞋、甚至人体的关节等[1]。
这些可称之为不同气态的对磨系统（Tribosystem）。
对磨系统间的差异如此之大。
造成的磨耗型态也有所不同。
基本上可分成四大类[2]：A.研磨磨耗（Abrasion）－是由硬颗粒或突出物强行在固体表面移动所致，由于较硬的物质迫使被磨物体表面造成伤害。
见图一所示。
一般而言，是俱有锐角的。
图一、由硬颗粒或突出强行在固体表面移动所致的研磨磨耗(abrasion)示意图研磨剂在被磨面运动造成被磨面产生切或剪的破坏型态。
金相制作过程中的粗磨、细磨、抛光就是这类磨耗型态的典型例子。
B.冲蚀磨耗(Erosion)－如图二所示，是由于固体被磨面受到流动或冲激液浆的机械作用造成材料的逐渐流失。
液浆可能是多相的液体或含有固体颗粒的液体。
图二、由于固体被磨面受到流动或冲激液浆的机械作用造成材料的冲蚀磨耗(Erosion)示意图如果液体与被磨材会起化学反应，则被磨材的流失可能同时包含机械和化学效应。
基于摩擦功的全钢载重子午线轮胎的磨耗性能研究
计 算机要 求 高 ， 限 制 了其 在 实 际 中 的应 用 。何 涛
等ｌ １ 用 Ａ Ｂ ＡＱＵＳ软件对 轮胎 胎面 花纹 的滑 动磨
牵引、 制 动 和舒适 性等许 多使 用性 能相 关凹 ］ 。目 前， 常用 试验 法来 衡量 轮胎 的耐磨性 能 ， 但试 验法 成 本高 、 周期 长 ， 因此有 必要 将有 限元方 法应 用到
１ 轮胎 有 限元模 型 １ ． １ 材 料模 型 轮胎 一般 由几 种 或 十 几种 橡 胶 材 料 构 成 ， 此
究 中。Ｋ． Ｈｏ ｛ ｓ ｔ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ等＿ １ 。 。 建 立 了单 个 花 纹 块 的 有 限元模 型 ， 考虑 热力耦 合 ， 分析 了花纹 块 的滑动
磨 损及 不规 则磨损 ， 并 进行 了验证 。然 而 ， 整 胎结
轮 胎 的三 维 有 限元 模 型 ， 再调用 Ａ Ｂ ＡＱｕｓ求 解 器， 分析 轮 胎 在静 态 、 稳态、 启动、 制动 、 侧 偏 和 转 弯 等工 况 下 的各 种 性 能 。并 用 Ｔ ＹＡＢ Ａ Ｓ — Ｐ ＯＳ Ｔ 软件对各 工况 下 的 摩擦 功 及 磨 耗 方 向进 行 分 析 ， 以评价 各工 况对轮 胎磨耗 性 能 的影 响程 度 。
近几 十年来 ， 轮 胎磨 耗 性 能 一 直是 国 内外 的 研 究热 点 ， 但 因其 复杂性 ， 重 点主要 集 中在试 验测 试 及 橡 胶 的 摩 擦 和 磨 损 性 能 研 究 ＿ ５ ］ 。Ｄ ． Ｏ． Ｓ ｔ ａ ｌ ｎ ａ ｋ ｅ ｒ 等＿ ４ ］ 对 室 内试 验 替 代 室 外试 验 的 方 法 进 行 了研 究 ， 结果 表 明 ， 室 内试 中 。
第六章 材料的磨损解读
6.5.1 实验室试验的原理
1)
2)
3)
4)
5) 6)
耐磨试验在摩擦磨损试验机上进行，种类很多，代表性的： 销盘式磨损试验机，是将试样加上载荷压紧在旋转圆盘上，该 法试验速度可调，精度较高； 环块式磨损试验机，试样在圆环外表面做摩擦运动； 往复运动式磨损试验机，试样在静止平面上往复运动，可评定 导轨、缸套与活塞环等摩擦副的耐磨性； 滚子式磨损试验机，可测定材料在滑动、滚动、滚动和滑动复 合摩擦及间歇接触摩擦情况下的磨损； 砂纸磨损试验机，对磨材料为砂纸，简单易行； 快速磨损试验机，旋转圆轮用硬质合金制造，能较快测定材料 的耐磨性，也可测定润滑剂的摩擦及磨损性能。
6.1.1 摩擦 定义：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。这种阻碍相对运动的阻 力称为摩擦力。
6.1.1.1 摩擦力
摩擦力的方向总是沿着接触面的切线方向，跟物体
相对运动方向相反，阻碍物体间的相对运动。 摩擦力(F)与施加在摩擦面上的法向压力(P)之比称
＊减小零件使用时的磨损是我们学习材料磨损性能的最终目的。
薛群基院士
从事润滑失效研究，现为兰州化学物理研究所所 长，固体润滑国家重点实验室学术委员会主任，亚洲 摩擦学理事会主席，是我国材料摩擦学和摩擦化学领 域的主要学术带头人之一
6.1.2 摩损 定义：磨损是在摩擦的作用下，发生在材料 表面的局部反复进行的变形与断裂。
为摩擦系数，以μ表示，即μ=F/P。
μ静 μ μ动
μ静 ＞μ动
6.1.1.2 摩擦的分类 按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦 分为： ①滑动摩擦：指的是一个物体在另一个物 体上滑动时产生的摩擦。 ②滚动摩擦：指的是物体在力矩作用下， 沿接触表面滚动时的摩擦。
橡胶磨耗测试标准
橡胶磨耗测试标准介绍
---------------------------------------------------------------------- 橡胶磨耗测试是评估橡胶材料在摩擦和磨损条件下的耐久性和性能的过程，以下是两种常见的橡胶磨耗测试标准的介绍：
1、ASTM D5963-04 标准：
这是美国材料和试验协会（ASTM）制定的标准，用于评估橡胶材料的磨耗性能。
该标准使用旋转圆盘装置，在一定压力下将试样与磨损体（通常是砂纸或磨具）接触，并进行往复运动。
测试中测量试样的质量损失、体积损失、表面变化等参数，以评估橡胶材料的抗磨性能。
2、ISO 4649:2010(E) 标准：
国际标准化组织（ISO）发布的标准，用于评估橡胶和橡胶制品的磨耗性能。
标准采用圆柱形试样，在特定载荷下与旋转滚筒装置接触，通过加
载、旋转和磨损周期来模拟实际应用条件。
测试结果包括试样的体积损失、质量损失以及表面变化等指标，用于评估橡胶材料的磨耗性能。
这些标准提供了一种标准化的测试方法，使得不同实验室和组织可以使用相同的程序来评估橡胶材料的磨耗性能。
通过进行这些测试，可以比较不同橡胶材料的性能差异，并为产品设计和材料选择提供参考依据。
在进行具体测试时，建议参考最新版本的相关标准，以确保正确操作和可靠结果。
din磨耗试验标准
DIN磨耗试验标准引言磨耗试验是评价材料耐磨性能的重要方法之一，它可以模拟材料在实际使用过程中所受到的摩擦和磨损。
在德国，磨耗试验的标准一般遵循DIN（德国产业标准）的要求。
本文将深入探讨DIN磨耗试验标准，包括其背景、试验方法以及结果评价等方面。
背景DIN标准概述德国工业标准（DIN）是德国工业标准化组织制定和发布的一系列技术标准，涉及多个行业和领域。
DIN标准以其严谨、科学的方法得到了国际范围内的认可和应用。
其中，DIN磨耗试验标准是工程材料测试领域的重要组成部分。
DIN磨耗试验的意义DIN磨耗试验的主要目的是评估材料的耐磨性能，以确定材料在摩擦、磨损条件下的耐久性。
这对于材料的选择、产品设计和质量控制具有重要的指导意义。
通过磨耗试验，可以确定材料的磨损特性，以提高产品的使用寿命和质量。
试验方法试样准备在进行DIN磨耗试验之前，需要对试样进行准备。
一般情况下，试样应具有一定的几何形状和尺寸，以便于模拟实际使用条件下的摩擦和磨损行为。
具体的试样要求可以根据需要进行调整。
试验设备DIN磨耗试验通常需要使用专门的试验设备，例如磨损试验机。
这些试验设备通过施加力和模拟摩擦来模拟材料在实际使用过程中的情况。
试验设备的选用应根据试验标准的要求进行，以确保试验结果的准确性和可靠性。
试验过程DIN磨耗试验的具体过程根据试验标准的要求而定。
一般来说，试验过程包括以下几个关键步骤：1.试样固定：将试样固定在试验设备上，以保证试样在试验过程中不会移动或变形。
2.施加负载：根据试验要求，在试样上施加一定的负载，模拟实际使用过程中的外力作用。
3.摩擦过程：通过试验设备施加的力和运动，使试样与摩擦体之间产生摩擦，模拟材料在实际使用中的摩擦行为。
4.记录数据：在试验过程中，需要定期记录试样的磨损情况，包括重量损失、表面磨损等指标。
结果评价根据试验中记录的数据，可以对试样的磨耗性能进行评价。
一般情况下，评价指标包括磨损率、摩擦系数等。
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1.概念
• 摩擦 干摩擦与湿摩擦
• 静滑动摩擦力 物体间有滑动趋势而保持相对静止时的摩擦力 ---静摩擦力;它与 外力大小相等方向相反,当外力大于某值时开始滑动,此值为最大 静摩擦力.
1.概念
• 磨耗 物体间互相摩擦过程中,接触面上物质不断损失的现象.又称为磨损.常用 磨耗量来表示耐磨程度. 表示磨耗的物理量: • 质量磨耗:试样摩擦前后的质量变化,用g/kr表示.其中kr指1000转. • 体积磨耗:试样摩擦前后的体积变化,用mm3/kr表示.其中kr指1000转. • 旋转次数:达到规定磨耗所需的旋转转数或距离.N • 磨痕深度:
摩擦与磨耗性能
六、摩擦与磨耗性能
摩擦性能:主要指材料的摩擦系数.
耐磨损性:材料经受逐渐从其表面磨去材料的机械作用(如摩擦、刮削或腐蚀)的能 力。 磨耗性能-----摩擦作用 磨损与摩擦力、载荷和实际接触的面积有密切关系。一般地，任何一种因素增 加,都会使磨损或磨耗增加。 聚合物材料的硬度对磨损特性有明显地影响，如一块较硬材料无疑会把一块较 软材料的表面刻进一可观的深度，产生沟槽和擦伤。 另外，磨损过程中因局部产生高温而引起表面氧化，这就使理论变得复杂。 耐磨损还受其他因素影响，例如聚合物材料的性能、回弹性和所加入的填料或添 加剂的类型与用量。
4.摩擦与磨耗的影响因素
塑料摩擦系数的影响因素
• 接触表面状况:粗糙---摩擦系数大 • 负荷:负荷大---摩擦系数变小 • 速度:低、中速时,速度大--摩擦系数变大 高速时,速度大--摩擦系数变小 • 摩擦对:
2.摩擦性能测试
• 摩擦系数:是摩擦力与正压力之比. • 测试方法:
施加压力N于试样,将此试样在平台上以砝码牵动直至开始 滑移.记录砝码重力即为最大静摩擦力F, 静摩擦系数=F/N
3.磨耗的测定
塑料磨耗的测试: • 往复式摩擦磨耗实验 • 四球式摩擦实验 橡胶磨耗的测试 • 邵破尔磨耗实验 • 阿克隆磨耗实验