磨损及磨损理论PPT幻灯片课件
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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。
摩擦磨损基础知识 PPT
(3) 剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损 量急剧增大。精度降低、间隙增大，温 度升高，产生冲击、振动和噪声，最终 导致零部件完全失线
典型浴 盆曲线
磨损类型
2.1磨损 类型
2.2 表面破坏方式及特征
破坏方式
基本
特
征
微动磨损 剥层
磨损表面有粘着痕迹，铁金属磨屑被氧化成红棕色氧化物，通 常作为磨料加剧磨损。
最大剪应力发生在表面下一定深度处。当该处强 度不足或存在缺陷，则首先发生塑性变形，经应 力循环后，产生疲劳裂纹，并沿最大剪应力方向 扩展到表面，最终导致表面材料脱落。
(a)纯滚动接触表面：裂纹的萌生多发生在次 表层最大剪应力处，扩展也比较缓慢，比裂 纹萌生阶段长，损伤断口有光泽。
(b)滚动兼滑动摩擦表面：同时存在接触压应 力和剪切应力，摩擦表面容易产生塑性变形 而形成微观裂纹，裂纹起源于表面，萌生阶 段大于扩展阶段，断口比较暗淡。
(c)表面强化处理后： 裂纹往往起源于表面硬化层和基体 的交界处，裂纹扩展先平行于表面， 再垂直或倾斜于表面向外扩展。 损伤形式先为麻点，之后为大块剥 落，类似表层压碎的现象。
3. 微观疲劳磨损：
特征：滑动接触表面由于微凸体相互接触使材料
发生疲劳而引起的机械磨损现象。
原因：表面材料脱落由载荷脉冲对微凸体的多次
磨粒磨损
1 定义: 摩擦过程中，硬的颗粒或硬的凸出物冲刷 摩擦表面引起材料脱落的现象。磨粒是摩擦表面 互相摩擦产生或由介质带入摩擦表面。
2 磨料磨损分类及其磨损特征：
3 磨粒磨损机理
(1) 微观切削：法向载荷将磨料压入摩擦表面， 而滑动时的摩擦力通过磨料的犁沟作用使表面 剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。
浅，磨损颗粒较小，容易脱落，不堆积于表面。 **根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，
材料磨损与耐磨材料ppt课件
若在犁沟时全部沟槽中的体积都被推向两侧和 前缘而不产生切屑，则称为犁皱。犁沟或犁皱后堆积在 两侧和前缘的材料以及沟槽中的材料，在受到随后的磨 粒作用时，可能把已堆积的材料压平，也可能使已变形 的沟底材料再一次犁皱变形，如此反复塑变，导致材料 产生加工硬化或其他强化作用最终剥落而成为磨屑3。1
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
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
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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。
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§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
摩擦学第五章磨损ppt课件
5、其他。包括侵蚀磨损或冲蚀磨损 (Erosive wear) 和微动磨损 (Fretting wear)等。
实际的磨损现象大都是多种类型磨损同时存在；或磨损状态随工 况条件的变化而转化。
摩擦学第五章磨损
9
第二节 粘着磨损
一、定义及其过程
1、定义：
(1) 在摩擦副中，相对运动的摩擦表面之间，由于粘着现象产生材料转移
此外，磨损率与滑动速度无关。
摩擦学第五章磨损
22
金属的粘着磨损的磨损系数
润滑状况 相同 无润滑 15X10-4
金属/金属
相容
部分相容和 部分不相容
不相容
金属/ 非金属
5X10-4
1X10-4 0.15X10-4 1.7X10-6
润滑不良 30X10-5 10X10-5
润滑良好 润滑极好
30X10-6 10X10-7
假定磨屑半径 ，产生磨屑的概率 ，则滑动 距离磨损体积：
摩擦学第五章磨损
21
分析
粘着磨损的体积磨损率与法向载荷N (或正压力p)成正比，而与软金属材 料的屈服强度(或布氏硬度HB值)成反比。
当正压力
时，会使磨损加剧，产生胶合或咬死。
因此，在设计时应保证正压力不超过材料的布氏硬度的三分之一。
体积磨损率随着粘着磨损的磨损系数的增大而增大，而后者主要取决于摩 擦表面的润滑状况和两滑动金属相互牢固地粘着的趋向。
相溶性好的材料 材料塑性越高，粘着磨损越严重
脆性材料的抗粘着能力比塑性材料高 脆性材料：正应力引起，最大正应力在表面，损伤浅， 磨屑也易脱落，不堆积在表面。 塑性材料：剪应力引起，最大剪应力离表面某一深度， 损伤深。
摩擦学第五章磨损
25
三、防止和减轻粘着磨损的措施
实际的磨损现象大都是多种类型磨损同时存在；或磨损状态随工 况条件的变化而转化。
摩擦学第五章磨损
9
第二节 粘着磨损
一、定义及其过程
1、定义：
(1) 在摩擦副中，相对运动的摩擦表面之间，由于粘着现象产生材料转移
此外，磨损率与滑动速度无关。
摩擦学第五章磨损
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金属的粘着磨损的磨损系数
润滑状况 相同 无润滑 15X10-4
金属/金属
相容
部分相容和 部分不相容
不相容
金属/ 非金属
5X10-4
1X10-4 0.15X10-4 1.7X10-6
润滑不良 30X10-5 10X10-5
润滑良好 润滑极好
30X10-6 10X10-7
假定磨屑半径 ，产生磨屑的概率 ，则滑动 距离磨损体积：
摩擦学第五章磨损
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分析
粘着磨损的体积磨损率与法向载荷N (或正压力p)成正比，而与软金属材 料的屈服强度(或布氏硬度HB值)成反比。
当正压力
时，会使磨损加剧，产生胶合或咬死。
因此，在设计时应保证正压力不超过材料的布氏硬度的三分之一。
体积磨损率随着粘着磨损的磨损系数的增大而增大，而后者主要取决于摩 擦表面的润滑状况和两滑动金属相互牢固地粘着的趋向。
相溶性好的材料 材料塑性越高，粘着磨损越严重
脆性材料的抗粘着能力比塑性材料高 脆性材料：正应力引起，最大正应力在表面，损伤浅， 磨屑也易脱落，不堆积在表面。 塑性材料：剪应力引起，最大剪应力离表面某一深度， 损伤深。
摩擦学第五章磨损
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三、防止和减轻粘着磨损的措施
摩擦与磨损全课件第4章 磨损1
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图4 -2 磨合前、后表面粗糙度的变化情况 1—磨合前；2—磨合后
12/51
2、稳定磨损阶段
磨合的结果，摩擦系统获得了相对稳定的特性。 特点是磨损率很小，摩擦学过程保持不变。 因前期磨合阶段表层经受很高的比压、热效应和 薄层塑性变形及冷作硬化，从而建立起弹性接触 条件。 表层的塑性变形使空气中的氧气向金属内部溶解 和扩散，在金属表面形成FeO，Fe2O3和 Fe3O4固 体覆盖膜。 极压添加剂等物质也会与表面起化学反应形成固 体覆盖膜。 如果膜的形成速度等于或稍大于破坏速度，则主 要产生磨损率极小的氧化磨损(腐蚀磨损) 。
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如果磨合阶段的磨合规范、程序和润滑剂选择不当，不仅 会延长磨合期，甚至使正常磨损遭到破坏。 如，由于磨合开始的载荷过大，加之选用了差的润滑剂， 粗糙的表面由于金属与金属直接接触造成严重的塑性变形 而导致剧烈粘着磨损，如曲线②所示。 有时，在稳定磨损阶段，由于温度上升或接触面积、载荷 和滑动速度变化，使得流体膜润滑状态转变，正常磨损曲 线①转向曲线③。 当摩擦表面溶解的氧或极压添加剂等与表面起反应形成固 体覆盖膜的速度大大小于破坏速度时，也会出现上述曲线 的情况。
式中： L为滑动距离； V为滑动距离L时的总磨损体积； W为载荷； H为较软材料的布氏硬度值； K为磨损系数。
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4.影响粘着磨损的主要因素
①
②
③
(1)材料性质 脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。塑性 材料的粘着破坏常发生在表层深处，磨屑的颗粒 大；而脆性材料的粘着破坏常发生在表层浅处， 磨屑的颗粒细小。材料的屈服点或硬度愈高，其 抗粘着磨损能力也愈强。 不同材料或互溶性小的材料组成的摩擦副抗粘着 磨损能力高，如铁与镍、铝相溶，则不能配对成 摩擦副；铅、锡、银、铟与铁不相溶，所以常用 这几种金属的合金作轴瓦。 金属与非金属（如石墨、塑料等）组成的摩擦副 比金属摩擦副的抗粘着磨损性能好。
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图4 -2 磨合前、后表面粗糙度的变化情况 1—磨合前；2—磨合后
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2、稳定磨损阶段
磨合的结果，摩擦系统获得了相对稳定的特性。 特点是磨损率很小，摩擦学过程保持不变。 因前期磨合阶段表层经受很高的比压、热效应和 薄层塑性变形及冷作硬化，从而建立起弹性接触 条件。 表层的塑性变形使空气中的氧气向金属内部溶解 和扩散，在金属表面形成FeO，Fe2O3和 Fe3O4固 体覆盖膜。 极压添加剂等物质也会与表面起化学反应形成固 体覆盖膜。 如果膜的形成速度等于或稍大于破坏速度，则主 要产生磨损率极小的氧化磨损(腐蚀磨损) 。
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如果磨合阶段的磨合规范、程序和润滑剂选择不当，不仅 会延长磨合期，甚至使正常磨损遭到破坏。 如，由于磨合开始的载荷过大，加之选用了差的润滑剂， 粗糙的表面由于金属与金属直接接触造成严重的塑性变形 而导致剧烈粘着磨损，如曲线②所示。 有时，在稳定磨损阶段，由于温度上升或接触面积、载荷 和滑动速度变化，使得流体膜润滑状态转变，正常磨损曲 线①转向曲线③。 当摩擦表面溶解的氧或极压添加剂等与表面起反应形成固 体覆盖膜的速度大大小于破坏速度时，也会出现上述曲线 的情况。
式中： L为滑动距离； V为滑动距离L时的总磨损体积； W为载荷； H为较软材料的布氏硬度值； K为磨损系数。
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4.影响粘着磨损的主要因素
①
②
③
(1)材料性质 脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。塑性 材料的粘着破坏常发生在表层深处，磨屑的颗粒 大；而脆性材料的粘着破坏常发生在表层浅处， 磨屑的颗粒细小。材料的屈服点或硬度愈高，其 抗粘着磨损能力也愈强。 不同材料或互溶性小的材料组成的摩擦副抗粘着 磨损能力高，如铁与镍、铝相溶，则不能配对成 摩擦副；铅、锡、银、铟与铁不相溶，所以常用 这几种金属的合金作轴瓦。 金属与非金属（如石墨、塑料等）组成的摩擦副 比金属摩擦副的抗粘着磨损性能好。
磨损知识 ppt课件
(1)表面性质发生变化：如硬化、相变或软化。
(2)表面膜变化：破坏表面膜，导致氧化膜或 其它形式化合物膜形成。
(3)润滑剂的性质发生变化：油膜氧化或热降 解，油膜离析，分子链位向消失。一般情况 下，温度升高，材料硬度下降，在不考虑其 它因素的作用时，摩擦表面容易产生粘着磨 损。
PPT课件
26
磨粒磨损
PPT课件
27
接 两体 硬磨料或硬表面微凸体与一 犁铧、水
触 磨损 个摩擦表面对磨的磨损
轮机轮叶
表 三体 磨粒介于两摩擦表面之间， 齿轮、滑
面 磨损 并在两表面间滑动
动轴承间
力 划伤 磨料的作用应力低于其压溃 犁铧、输 的 磨损 强度，材料表面被轻微划伤 送机溜槽
作 碾压 磨料与表面接触最大压应力 破碎滚筒
在表层深处，磨损颗粒大。 **脆性材料粘着结点的破坏主要剥落，损伤深度较
浅，磨损颗粒较小，容易脱落，不堆积于表面。 **根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，
塑性材料的破坏决定于切应力。表面接触中的最 大正应力作用在表面，最大切应力离表面有一定 深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。
PPT课件
工 一般磨损 正常条件下的磨料磨损 作 环 腐蚀磨损 腐蚀介质中的磨料磨损 境 热料磨损 高温工作下的磨料磨损
石英-钢材 矿石-钢
球磨机干磨 球磨机湿磨 泥浆泵等 各类机械 化工机械等 沸腾炉等
PPT课件
29
3 磨粒磨损机理
(1) 微观切削：法向载荷将磨料压入摩擦表面， 而滑动时的摩擦力通过磨料的犁沟作用使表面 剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。
多出现在零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩 擦力小的情况下。 （a）裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变 形最剧烈。 （b）在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行， 使材料局部弱化。
(2)表面膜变化：破坏表面膜，导致氧化膜或 其它形式化合物膜形成。
(3)润滑剂的性质发生变化：油膜氧化或热降 解，油膜离析，分子链位向消失。一般情况 下，温度升高，材料硬度下降，在不考虑其 它因素的作用时，摩擦表面容易产生粘着磨 损。
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磨粒磨损
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接 两体 硬磨料或硬表面微凸体与一 犁铧、水
触 磨损 个摩擦表面对磨的磨损
轮机轮叶
表 三体 磨粒介于两摩擦表面之间， 齿轮、滑
面 磨损 并在两表面间滑动
动轴承间
力 划伤 磨料的作用应力低于其压溃 犁铧、输 的 磨损 强度，材料表面被轻微划伤 送机溜槽
作 碾压 磨料与表面接触最大压应力 破碎滚筒
在表层深处，磨损颗粒大。 **脆性材料粘着结点的破坏主要剥落，损伤深度较
浅，磨损颗粒较小，容易脱落，不堆积于表面。 **根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，
塑性材料的破坏决定于切应力。表面接触中的最 大正应力作用在表面，最大切应力离表面有一定 深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。
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工 一般磨损 正常条件下的磨料磨损 作 环 腐蚀磨损 腐蚀介质中的磨料磨损 境 热料磨损 高温工作下的磨料磨损
石英-钢材 矿石-钢
球磨机干磨 球磨机湿磨 泥浆泵等 各类机械 化工机械等 沸腾炉等
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3 磨粒磨损机理
(1) 微观切削：法向载荷将磨料压入摩擦表面， 而滑动时的摩擦力通过磨料的犁沟作用使表面 剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。
多出现在零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩 擦力小的情况下。 （a）裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变 形最剧烈。 （b）在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行， 使材料局部弱化。
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21
e.材料的硬度 硬度高的金属比硬度低的金属抗粘着能力强，因为表面接触 应力大于较软金属硬度的1/3时，很多金属将由轻微磨损转 变为严重的粘着磨损。
22
②载荷的影响 粘着磨损一般随法向载荷增加到某一临界值后而急剧增加，
如图所示，K/H的比值实际上是材料硬度与许用压力的关
系。当载荷值超过材料硬度值的1/3时，磨损急剧增加， 严重时咬死。 因此设计中选择的许用压力必须低于材料硬度值的1/3。
发生相互影响。当压力值增加到H/3以上时，整个表面变
成塑性流动区，因而实际接触面积不再与载荷成正比，出
现剧烈的粘着磨损，摩擦表面严重破坏。
17
由于式中的K代表微
凸体中产生磨粒的概 率，即粘着磨损系
数．因此，K值必须
按不同的滑动材料组 合和不同的摩擦条件 求得。右表给出了不 同工况和摩擦副配对
时的磨损系数K值。
距离的总磨损量(即磨损率，通常用于判断材料磨损
的快慢程度)为:
(2)
由(1)和(2)式，可得：
(3) 15
(3)
式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出
如果考虑到微凸体相互产生磨粒的概率数K和滑动距离L，
则接触表面的粘着磨损量3，H为布氏硬度值，则式(4)可
这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度 加剧。
c.擦伤
粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。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，所以擦伤主要发生
在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。
12
d.咬合
如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且粘着点面积较 大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。 此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如 果滑动继续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表 面温度剧增，极易出现局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相 对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
e.材料的硬度 硬度高的金属比硬度低的金属抗粘着能力强，因为表面接触 应力大于较软金属硬度的1/3时，很多金属将由轻微磨损转 变为严重的粘着磨损。
22
②载荷的影响 粘着磨损一般随法向载荷增加到某一临界值后而急剧增加，
如图所示，K/H的比值实际上是材料硬度与许用压力的关
系。当载荷值超过材料硬度值的1/3时，磨损急剧增加， 严重时咬死。 因此设计中选择的许用压力必须低于材料硬度值的1/3。
发生相互影响。当压力值增加到H/3以上时，整个表面变
成塑性流动区，因而实际接触面积不再与载荷成正比，出
现剧烈的粘着磨损，摩擦表面严重破坏。
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由于式中的K代表微
凸体中产生磨粒的概 率，即粘着磨损系
数．因此，K值必须
按不同的滑动材料组 合和不同的摩擦条件 求得。右表给出了不 同工况和摩擦副配对
时的磨损系数K值。
距离的总磨损量(即磨损率，通常用于判断材料磨损
的快慢程度)为:
(2)
由(1)和(2)式，可得：
(3) 15
(3)
式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出
如果考虑到微凸体相互产生磨粒的概率数K和滑动距离L，
则接触表面的粘着磨损量3，H为布氏硬度值，则式(4)可
这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度 加剧。
c.擦伤
粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。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，所以擦伤主要发生
在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。
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d.咬合
如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且粘着点面积较 大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。 此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如 果滑动继续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表 面温度剧增，极易出现局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相 对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
摩擦学基础知识磨损PPT课件
18
(3)擦伤：
粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。 剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚表 层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细 而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。
(4)划伤：
粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高， 切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦 副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。
e: 表面粗糙度：一般情况下， 降低摩擦副的表面粗糙度能 提高抗粘着能力。
24
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。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。
25
d:材料的硬度： 硬度高的金属比硬度低的 金属抗粘着能力强，表面 接触应力大于较软金属硬 度的1/3时，很多金属将由 轻微磨损转变为严重的粘 着磨损。
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(5) 咬死：
粘着结合强度比两基体金属的抗剪强 度都高，粘着区域大，切应力低于粘着 结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而 不能相对运动。
20
4 简单粘着磨损计算(Archard模型)：
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三条粘着磨损规律：
1.磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件。 2.磨损量与载荷成正比：适用于有限载荷范围。 3.磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比：
咬死
点蚀 研磨 划伤 凿削
黏着坑密集，材料转移严重，摩擦副大量焊合，磨损急剧增加， 摩擦副相对运动受到阻碍或停止。 材料以极细粒状脱落，出现许多“豆斑”状凹坑。
宏观上光滑，高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。
低倍可观察到条条划痕，由磨粒切削或犁沟造成。
存在压坑，间或有粗短划痕，由磨粒冲击表面造成
(3)擦伤：
粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。 剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚表 层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细 而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。
(4)划伤：
粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高， 切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦 副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。
e: 表面粗糙度：一般情况下， 降低摩擦副的表面粗糙度能 提高抗粘着能力。
24
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。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。
25
d:材料的硬度： 硬度高的金属比硬度低的 金属抗粘着能力强，表面 接触应力大于较软金属硬 度的1/3时，很多金属将由 轻微磨损转变为严重的粘 着磨损。
19
(5) 咬死：
粘着结合强度比两基体金属的抗剪强 度都高，粘着区域大，切应力低于粘着 结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而 不能相对运动。
20
4 简单粘着磨损计算(Archard模型)：
21
三条粘着磨损规律：
1.磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件。 2.磨损量与载荷成正比：适用于有限载荷范围。 3.磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比：
咬死
点蚀 研磨 划伤 凿削
黏着坑密集，材料转移严重，摩擦副大量焊合，磨损急剧增加， 摩擦副相对运动受到阻碍或停止。 材料以极细粒状脱落，出现许多“豆斑”状凹坑。
宏观上光滑，高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。
低倍可观察到条条划痕，由磨粒切削或犁沟造成。
存在压坑，间或有粗短划痕，由磨粒冲击表面造成
第6章-金属材料的表面摩擦与磨损ppt课件
6.1 摩擦
4.2 边界摩擦 Boundary Friction 物理吸附膜 ✓ 矿物润滑油中常含有一些极性物质，其分子的一端是带有强电荷 的极性团，与金属表面亲和力强，在金属表面形成单层分子或多 层分子的吸附膜。 ✓ 因此, 摩擦发生在金属表面的极性分子的非极性端, 从而有效地 防止摩擦表面的直接接触, 减少了摩擦。
0-t1
t1-t2
t2-t3
时间
6.2 磨损
1. 磨损 磨损不仅是材料本身固有特性的表现, 更是摩擦学系统特性的反映。 因此, 磨损也具有条件性和相对性 ✓ 磨损的这种特性和摩擦很相似, 因而也可用类似的表达式来表示, 即：
wf(x,s)
✓ 同一种机器零件在不同机器中会产生不同类型或不同程度的磨损。 ✓ 即使在同一台机器中, 不同工况也会导致不同程度甚至不同类型的
6.2 磨损
2. 粘着磨损 在摩擦副中, 相对运动的摩擦表面之间, 由于粘着现象产生材料转 移而引起的磨损, 称为粘着磨损。 ✓ 这类磨损一般发生在相互滑动(或转动)的干摩擦表面上, 即在表面上 的某些微突体产生固相焊合, 严重时还会出现摩擦副完全“咬死”的 现象。 如:在润滑状况恶化的条件下, 柴油机烧轴瓦就是这种磨损的典型例子。 ✓ 有两种粘着(焊合)：①冷焊粘着；②热局部焊合粘者 粘着磨损过程 ⑴ 载荷、速度小 ⑵ 载荷、速度较大 ⑶ 变形、断裂及材料转移 ⑷ 新粘着点产生
磨损指标: 磨损量指标：磨损量、磨损率
几何形状指标：平面度、圆度、圆柱度
✓ 平面度: 公差带是距离为公差值t 的两个平行平面之间的区域。 ✓ 圆度: 半径差为公差值t的两个同心圆之间的区域。 轴颈的圆度误差
可以采用外径千分尺测量指定平面两个相互垂直的直径, 其半径差 就是圆度误差。
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3
3、磨损过程 零件的正常磨损过程大致可分为三个阶段： Ⅰ：跑合阶段；Ⅱ：稳定磨损阶段；Ⅲ：剧烈磨损阶 段
4
Ⅰ：跑合阶段 出现在摩擦副的初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，微 凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度快。 在一定载 荷作用下，摩擦表面逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大， 磨损速度逐渐减慢，如图所示。
不同的划痕。
a.轻微磨损
粘着强度比摩擦副的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。
பைடு நூலகம்11
b.涂抹
粘着强度大于摩擦副中较软金属的强度，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。
发生相互影响。当压力值增加到H/3以上时，整个表面变
成塑性流动区，因而实际接触面积不再与载荷成正比，出
现剧烈的粘着磨损，摩擦表面严重破坏。
17
由于式中的K代表微
凸体中产生磨粒的概 率，即粘着磨损系
数．因此，K值必须
按不同的滑动材料组 合和不同的摩擦条件 求得。右表给出了不 同工况和摩擦副配对
距离的总磨损量(即磨损率，通常用于判断材料磨损
的快慢程度)为:
(2)
由(1)和(2)式，可得：
(3) 15
(3)
式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出
如果考虑到微凸体相互产生磨粒的概率数K和滑动距离L，
则接触表面的粘着磨损量表达式为：
(4)
由于对于弹性材料σs≈H/3，H为布氏硬度值，则式(4)可
2
2、磨损研究的主要内容：
(1) 主要磨损类型的发生条件、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。
** 从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的 使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段”。
7
二、 磨 损 的 分 类
8
1、粘着磨损 (1)定义 当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应所形 成的结点发生剪切断裂，接触表面的材料 从一个表面转移到另一个表面的现象称为 粘着磨损。
9
(2) 粘着磨损机理
当摩擦副接触时，接触首先发生 在少数几个独立的微凸体上。因 此，在一定的法向载荷作用下， 微凸体的局部压力就可能超过材 料的屈服压力而发生塑性变形， 继而使两摩擦表面产生粘着； 此后，在相对滑动过程中，如果粘着点的剪切发生 在界面，则磨损轻微；如果剪切发生在界面以下， 则材料就会从一个表面转移到另外一表面，继续滑 动，一部分转移的材料分离，从而形成游离磨粒。
磨损及磨损理论
1
一、概述
1、磨损定义： 相互接触的物体在相对运动中，表层材料不断损失、转移或 产生残余变形的现象称为磨损，它是伴随着摩擦而产生的必 然结果。 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。
单位滑动距离的磨损量，横坐标
代表平均接触压力。
当压力值小于片H/3时，磨损率
小而且保持不变(即K保持常数)；
但当压力值超过H/3时，磨损量急剧增大(K值急剧增大)，
这意味着在这样高的载荷作用下会发生大面积的粘着焊连。
对其他金属也有类似的情况，只是K开始增加时的平均压
力值通常比H/3稍低而已。
在压力值为H/3作用下，各个微凸体上的塑性变形区开始
** 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。 10
(3)四种典型的粘着磨损
根据粘着点的强度和破坏位置不同，粘着磨损有几 种不同的形式，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
5
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。
6
Ⅲ 剧烈磨损阶段：由于摩擦条件发生较大的变化(如温度的急剧增 高，金属组织的变化等)，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。
这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度 加剧。
c.擦伤
粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。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，所以擦伤主要发生
在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。
12
d.咬合
如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且粘着点面积较 大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。 此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如 果滑动继续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表 面温度剧增，极易出现局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相 对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
13
(4)简单粘着磨损计算(Archard模型)
上图为粘着磨损模型，假设摩擦副的一方为较硬
的材料，摩擦副另一方为较软的材料；法向载荷W
由n个半径为a的相同微凸体承受。
14
则当材料产生塑性变形时，法向载荷W与较软材料
的屈服极限σs之间的关系：
(1)
当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产
生的磨屑为半球形,其体积为(2/3)πa3，则单位滑动
变为：
式中K为粘着磨损系数
由(4)式可得粘着磨损的三个定律：
①材料磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件
②材料磨损量与法向载荷成正比：适用于有限载荷范围
③材料磨损量与较软材料的屈服极限σy(或硬度H)成反
比
16
右图为钢制销钉在钢制圆盘上滑
动摩擦时的结果。图中示出钢的
磨损系数随表观压力的变化曲线。
纵坐标为K/H，代表单位载荷、
3、磨损过程 零件的正常磨损过程大致可分为三个阶段： Ⅰ：跑合阶段；Ⅱ：稳定磨损阶段；Ⅲ：剧烈磨损阶 段
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Ⅰ：跑合阶段 出现在摩擦副的初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，微 凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度快。 在一定载 荷作用下，摩擦表面逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大， 磨损速度逐渐减慢，如图所示。
不同的划痕。
a.轻微磨损
粘着强度比摩擦副的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。
பைடு நூலகம்11
b.涂抹
粘着强度大于摩擦副中较软金属的强度，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。
发生相互影响。当压力值增加到H/3以上时，整个表面变
成塑性流动区，因而实际接触面积不再与载荷成正比，出
现剧烈的粘着磨损，摩擦表面严重破坏。
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由于式中的K代表微
凸体中产生磨粒的概 率，即粘着磨损系
数．因此，K值必须
按不同的滑动材料组 合和不同的摩擦条件 求得。右表给出了不 同工况和摩擦副配对
距离的总磨损量(即磨损率，通常用于判断材料磨损
的快慢程度)为:
(2)
由(1)和(2)式，可得：
(3) 15
(3)
式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出
如果考虑到微凸体相互产生磨粒的概率数K和滑动距离L，
则接触表面的粘着磨损量表达式为：
(4)
由于对于弹性材料σs≈H/3，H为布氏硬度值，则式(4)可
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2、磨损研究的主要内容：
(1) 主要磨损类型的发生条件、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。
** 从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的 使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段”。
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二、 磨 损 的 分 类
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1、粘着磨损 (1)定义 当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应所形 成的结点发生剪切断裂，接触表面的材料 从一个表面转移到另一个表面的现象称为 粘着磨损。
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(2) 粘着磨损机理
当摩擦副接触时，接触首先发生 在少数几个独立的微凸体上。因 此，在一定的法向载荷作用下， 微凸体的局部压力就可能超过材 料的屈服压力而发生塑性变形， 继而使两摩擦表面产生粘着； 此后，在相对滑动过程中，如果粘着点的剪切发生 在界面，则磨损轻微；如果剪切发生在界面以下， 则材料就会从一个表面转移到另外一表面，继续滑 动，一部分转移的材料分离，从而形成游离磨粒。
磨损及磨损理论
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一、概述
1、磨损定义： 相互接触的物体在相对运动中，表层材料不断损失、转移或 产生残余变形的现象称为磨损，它是伴随着摩擦而产生的必 然结果。 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。
单位滑动距离的磨损量，横坐标
代表平均接触压力。
当压力值小于片H/3时，磨损率
小而且保持不变(即K保持常数)；
但当压力值超过H/3时，磨损量急剧增大(K值急剧增大)，
这意味着在这样高的载荷作用下会发生大面积的粘着焊连。
对其他金属也有类似的情况，只是K开始增加时的平均压
力值通常比H/3稍低而已。
在压力值为H/3作用下，各个微凸体上的塑性变形区开始
** 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。 10
(3)四种典型的粘着磨损
根据粘着点的强度和破坏位置不同，粘着磨损有几 种不同的形式，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
5
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。
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Ⅲ 剧烈磨损阶段：由于摩擦条件发生较大的变化(如温度的急剧增 高，金属组织的变化等)，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。
这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度 加剧。
c.擦伤
粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。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，所以擦伤主要发生
在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。
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d.咬合
如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且粘着点面积较 大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。 此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如 果滑动继续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表 面温度剧增，极易出现局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相 对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。
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(4)简单粘着磨损计算(Archard模型)
上图为粘着磨损模型，假设摩擦副的一方为较硬
的材料，摩擦副另一方为较软的材料；法向载荷W
由n个半径为a的相同微凸体承受。
14
则当材料产生塑性变形时，法向载荷W与较软材料
的屈服极限σs之间的关系：
(1)
当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产
生的磨屑为半球形,其体积为(2/3)πa3，则单位滑动
变为：
式中K为粘着磨损系数
由(4)式可得粘着磨损的三个定律：
①材料磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件
②材料磨损量与法向载荷成正比：适用于有限载荷范围
③材料磨损量与较软材料的屈服极限σy(或硬度H)成反
比
16
右图为钢制销钉在钢制圆盘上滑
动摩擦时的结果。图中示出钢的
磨损系数随表观压力的变化曲线。
纵坐标为K/H，代表单位载荷、