材料性能与测试-第4章材料的磨损性能 1分析

F＝μN
§6.1 磨损的概念和类型
一、摩擦与磨损的概念
1.2 摩擦的分类
➢ 摩擦按摩擦副运动状态可分为： • 静摩擦：两物体表面产生接触，有相对运动趋势但尚未产生相对运动 时的摩擦； • 动摩擦：两相对运动表面之间的摩擦。 ➢ 按相对运动的位移特征分类： • 滑动摩擦：两接触物体接触点具有不同速度和(或)方向时的摩擦； • 滚动摩擦：两接触物体接触点的速度大小和方向相同时的摩擦； • 自旋摩擦：两接触物体环绕其接触点处的公法线相对旋转时的摩擦。
粘着磨损形貌 粘着磨损过程示意图
§6.2 磨损过程
一、粘着磨损(咬合磨损)
➢ 典型的粘着磨损
根据粘着点强度和破坏位置不同，粘着磨损从轻微磨损到破坏性严重 的胶合磨损。它们的磨损形式、摩擦系数和磨损度虽然不同，但共同 的特征是：出现材料迁移，以及沿滑动方向形成程度不同的划痕。
a. 轻微磨损 粘着强度比摩擦副两金属基体强度低时，剪切发生在粘着结合面上， 表面转移的材料较轻微。 此时虽然摩擦系数增大，但磨损却很小，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。
§6.1 磨损的概念和类型
一、摩擦与磨损的概念
1.2 摩擦的分类
➢ 按表面润滑状态分类： • 干摩擦：两表面之间即无润滑剂又无湿气的摩擦； • 边界摩擦：边界膜隔开相对运动表面时的摩擦； • 流体摩擦：以流体层隔开相对运动表面时的摩擦； • 混合摩擦：半干摩擦和半流体摩擦的统称。
§6.1 磨损的概念和类型
§6.1 磨损的概念和类型
二、磨损的基本类型
1、根据摩擦面损伤和破坏的形式，大致可分四类： a 粘着磨损(Adhesive Wear)：材料表面某些接触点局部压应力超过该 处材料屈服强度发生粘合并拉开而产生的磨损；
b 磨粒磨损(Abrasive Wear)：摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸 起或在接触间存在硬质粒子时产生的磨损；
c 腐蚀磨损(Corrsion Wear)：在腐蚀应用环境中摩擦表面与周围介 质发生反应，表面形成腐蚀产物粘附不牢，摩擦中被剥落下来，新 表面又进一步发生反应，产生磨损。
d 接触疲劳磨损(Rolling Contact Wear)：两接触材料作滚动或者滚 动滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使得材料表面疲劳磨损， 局部区域出现小片或者小块状材料剥落，而产生的磨损。
§6.2 磨损过程
一、粘着磨损(咬合磨损)
➢ 典型的粘着磨损
b. 涂抹 粘着强度大于摩擦副中较软金属，小于较硬金属的强度。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(粘附)在硬金 属表面上。该模式下摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。 c. 擦伤 粘着强度比摩擦副两金属基体强度都高。剪切主要发生在软金属的亚 表层内，有时也发生在硬金属的亚表层内。转移到硬金属上的粘着物 又刮削软金属表面，使软金属表面出现划痕。即擦伤主要发生在软金 属表层，硬金属表面也偶有划伤。
轨道磨损
弓网：大电流下的摩擦磨损
水中航行体的主要能源和动力被用来克 服行进中的阻力，其中摩擦阻力占最大成 分(水下80%)；对于诸如输油管道这类管 道运输，其能量几乎全部被用来克服流固 表面的摩擦阻力。
卫星飞轮 轴承润滑油 耐磨轴承材料 稳定的微量发动机振动故障的70%以上
压气机盘与涡轮盘
2、磨损研究的主要内容：
(1) 主要磨损类型发生条件、特征和变化规律; (2) 磨损的影响因素, 包括摩擦副材料、表面形态、润滑状况、环
境条件, 以及滑动速度、载荷、工作温度等工况参数; (3) 磨损的模型与磨损计算; (4) 提高材料耐磨性的措施; (5) 磨损研究的测试技术与实验分析方法。
§6.1 磨损的概念和类型
一、摩擦与磨损的概念
➢ 耐磨性
耐磨性是材料抵抗磨损的能力。 通常用试样摩擦表面法相方向尺寸的减小（线磨损）、试样体积或质 量的损失来表示（体积磨损或质量磨损）。
比磨损量
§6.1 磨损的概念和类型
二、磨损的基本类型
➢ 磨损是多种因素相互影响的复杂过程，其具体类型也有多种分类：
§目 录
§6.1 磨损的概念和类型 §6.2 磨损过程 §6.3 耐磨性指标及其测试 §6.4 提高耐磨性的途径 §6.5 补充：炭炭复合材料的磨损
§6.1 磨损的概念和类型
一、摩擦与磨损的概念
1.1 摩擦
相互接触的两个物体在外力作用下 有相对运动或相对运动的趋势，接 触界面上出现阻碍相对运动的阻力， 该阻力称为摩擦力，其方向与引发相 对运动切线方向相反，可用接触面 法向方向压力与摩擦系数的乘积表示：
第四章 材料的磨损性能
一、概 述
相互接触的物体发生相对运动，其表面间发生摩擦，致使表层材 料不断损失、转移或产生残余变形，物体表面发生磨损。
➢ 有些磨损是有益的，如“研磨”，可使零件表面粗糙度减小，
使刀刃变得锋利。 ➢ 但是，据统计约有80%左右的机械零件是由于磨损而报废或 失效。磨损不仅消耗材料，浪费能源，并直接影响到机器的寿 命和可靠性。固此，对磨损的研究引起了人们的极大关注。
一、概 述
摩擦：相互接触的两个物体有相对运动或相对运动的趋势，在其 接触界面上出现阻碍相对运动的现象，该阻力称为摩擦力。其方 向与引起相对运动的切线方向相反，可用接触面法向方向压力与 摩擦系数的乘积表示：
μ= F/N
磨损：物体表面相互摩擦，材料表面逐渐分离出磨屑，致使材料 损伤的现象。 摩擦是磨损的原因，磨损是摩擦的结果。机件间摩擦磨损引起失 效叫磨损失效。
§6.1 磨损的概念和类型
二、磨损的基本类型
2. 磨损类型在某些条件下可以实现转化
磨损类型转化
§6.2 磨损过程
一、粘着磨损(咬合磨损)
➢ 磨损条件：
摩擦副相对滑动速度小；接触面氧化膜脆弱； 润滑条件差及接触应力大的滑动摩擦条件。
➢ 磨损特点：
机件表面有大小不等的结疤。
➢ 磨损过程：
表面接触的少量微凸体→产生很高的应力 →发生塑性变形→形成粘着点 →被剪断、拉开→转移到一方材料表面 →脱落下来→形成磨屑。 粘着点不断形成，又不断被破坏并脱落的过程。
一、摩擦与磨损的概念
1.2 摩擦的分类
➢ Stribeck曲线： 不同摩擦状态下，材料表现出的摩擦系数不同。
§6.1 磨损的概念和类型
一、摩擦与磨损的概念
2、磨损：
物体表面相互摩擦，材料表面逐渐分离出磨屑，致使材料损伤的现象。 磨屑的形成也是一个变形和断裂的过程。
➢ 磨损过程：
1) 跑合(磨合)阶段: 磨损速率下降； 2) 稳定磨损阶段: 磨损速率稳定； 3) 剧烈磨损阶段: 磨损速率急剧增加。