表面摩擦与磨损综述

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表面摩擦与磨损综述总结

表面摩擦与磨损综述总结

表面摩擦与磨损摘要:简要介绍了摩擦与磨损的定义,摩擦的分类及评价方法;磨损的分类及评价方法;磨损的评价方法;抗摩擦磨损表面强化技术。

关键词:摩擦;磨损;表面1 引言摩擦与磨损是自然界存在的普遍现象, 摩擦对人类的生活和生产活动有利有弊, 而磨损却是有百害而无一利。

摩擦与磨损对能源及材料的消耗是相当可观的, 据粗略估计, 有1/3 ~ 1/2的能源消耗于磨损, 而磨损又常常是机器零部件失效的主要原因。

摩擦与磨损是发生在相互接触并相对运动的两个固体表面之间, 因此接触表面的特性, 诸如表面粗糙度及硬度等与摩擦、磨损关系密切。

有些表面特性是由材料的本性决定的, 此外, 还可以采用各种方法对材料表面进行改性, 其中表面处理技术中的电镀及复合镀等则是常用的手段。

在制备减摩及耐磨镀层时需进行检测, 因此, 有必要对摩擦及磨损的定义、产生原因和测试方法等有一定程度的了解[1]。

2 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[2]。

3 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。

摩擦与磨损

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)。

摩擦、磨损与润滑概述

摩擦、磨损与润滑概述

1、摩擦是引起能量损耗的主要原因。
2、摩擦是造成材料失效和材料损耗的主要原因。
3、摩擦学:
关于摩擦、磨损与润滑的学科(Tribology)
4、润滑是减小摩擦和磨损的最有效的手段。
§4-2 摩 擦
一、摩擦的概念:
正压力作用下,相互接触的两物体受切向外力的影 响而发生相对位移,或有相对滑动的趋势时,在接触 表面上就会产生抵抗滑动的阻力-摩擦。
Ff Ar B
Ar Ari A a b
干摩擦理论:
机械理论: 摩擦力是两表面凸峰的机械啮合力的总和。
分子理论: 产生摩擦的原因是表面材料分子间的吸引力作用。
分子-机械理论: 摩擦力是由两表面凸峰的机械啮合力和表
面分子相互吸引力两部分组成。
粘附理论:
阿蒙顿摩擦定律:
第一定律:摩擦力与法向载荷成正比。
R —0.4两粗糙面3.的0 综合不平混度合摩擦
3~4
流体摩擦
( 1 时,不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦:
1、定义:
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两表面的不平凸峰完全 分开,这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点:
3~4
①、油分子大都不受金属表面的吸附作用的支配,而能完全移动。
件上。润滑脂还可以用于简单的密封。
常用的润滑装置
常用润滑装置
一、间歇润滑装置
常用润滑装置
一、间歇润滑装置
常用润滑装置
二、间歇润滑装置
§4-5 流体润滑原理简介
英国的雷诺于1886年继前人观察到的流体动压现象流,体润总滑1 结出流体动压润滑理 论。20世纪50年代普遍应用电子计算机之后,线接触弹性流体动压润滑的理论开 始有所突破。

常见的磨损分类、定义以及它们发生的条件

常见的磨损分类、定义以及它们发生的条件

磨损是指材料表面因摩擦、碰撞、剧烈运动等作用而逐渐失去其原有形状和尺寸的过程。

磨损现象是许多工程和生产活动中普遍存在的问题,了解常见的磨损分类、定义以及它们发生的条件,可以帮助我们更好地预防和解决磨损问题。

一、磨损的分类1. 表面磨损:表面磨损是指物体表面由于与外界环境或其他物体的作用而逐渐失去其原有形状和尺寸的现象。

表面磨损通常包括磨粒磨损、疲劳磨损、附着磨损等类型。

2. 体积磨损:体积磨损是指材料在受力作用下,局部或整体地磨损。

体积磨损主要包括磴岩磨损、疲劳磨损等类型。

二、磨损的定义磨损是指材料表面或体积由于摩擦引起的粒子脱落、塑性流动、位错聚集和断裂现象而逐渐失去其原有形状和尺寸的过程。

三、磨损的条件在工程和生产实践中,磨损的发生通常受到以下一些条件的影响:1. 材料硬度:硬度较低的材料容易受到表面磨损的影响,而硬度较高的材料更容易发生体积磨损。

2. 材料强度:材料的强度越低,越容易受到磨损的影响。

3. 环境条件:如温度、湿度、氧化性等环境条件对磨损的影响。

4. 润滑条件:润滑油的性质和润滑膜的形成对磨损有着重要的影响。

5. 负载条件:负载大小和方向对磨损的发生和发展有着重要影响。

6. 表面粗糙度:表面粗糙度的大小和形状对磨损的发生和发展也有着重要的影响。

通过对常见的磨损分类、定义以及它们发生的条件的了解,我们可以更好地预防和解决磨损问题,提高材料的使用寿命和性能。

磨损是材料表面或体积由于摩擦引起的粒子脱落、塑性流动、位错聚集和断裂现象而逐渐失去原有形状和尺寸的过程。

磨损的发生对工程和生产活动而言是不可避免的,但我们可以通过控制磨损的条件和采取相应的预防措施来减少磨损带来的损失。

一、磨损的分类1. 表面磨损表面磨损是指物体表面由于与外界环境或其他物体的作用而逐渐失去其原有形状和尺寸的现象。

表面磨损主要包括以下几种类型:- 磨粒磨损:在材料表面受到磨料颗粒的作用下,材料表面的微观形貌逐渐改变,最终形成磨损痕迹。

摩擦和磨损的联系

摩擦和磨损的联系

摩擦和磨损的联系一、摩擦和磨损的基本概念及关系摩擦力是指两个接触物体相对运动时出现的阻力,而磨损是指固体表面在相对运动或接触过程中,由于摩擦力所引起的物质的消耗和形貌的变化。

摩擦和磨损密切相关,两者之间存在着紧密的联系。

本文将对摩擦和磨损的关系进行全面深入的探讨。

二、摩擦对磨损的影响1. 摩擦对磨损程度的影响摩擦力的大小直接决定了磨损的程度。

当两个物体之间的摩擦力增大时,磨损程度也会相应增加。

摩擦力的大小与物体间的相互作用力、表面粗糙度以及润滑情况等因素密切相关。

2. 摩擦对磨损方式的影响摩擦力的作用下,可以产生不同的磨损方式。

当两个物体间的摩擦力较小时,可能会出现微小的磨粒,造成表面磨损;当摩擦力增大时,可能会出现表面剥蚀、刮伤等更为明显的磨损方式。

3. 摩擦对磨损速率的影响摩擦力的大小还会直接影响磨损速率。

摩擦力越大,物体表面的材料消耗速度越快,磨损速率也会相应增加。

因此,在工程设计中需要合理控制摩擦力的大小,以减缓磨损速率,延长材料的使用寿命。

三、磨损对摩擦的影响1. 磨损对摩擦力的影响磨损会造成物体表面的不平整,增加了摩擦力的大小。

磨损表面的粗糙度会显著影响摩擦力的大小。

当物体表面经过长时间的磨损后,摩擦力可能会大幅增加,从而对摩擦产生重大影响。

2. 磨损对摩擦过程的影响磨损会改变物体表面的形貌和材料特性,从而对摩擦过程产生影响。

磨损会使物体表面变得粗糙,增加了接触面积,改变了摩擦系数。

此外,磨损还会引起表面的氧化、硬质颗粒剥离等现象,进一步改变了摩擦过程的特性。

3. 磨损对摩擦耐磨性能的影响磨损会降低物体的摩擦耐磨性能。

物体经过长时间的磨损后,表面会变得疲劳、龟裂、掉屑等,从而降低了摩擦耐磨性能。

因此,在工程设计中需要充分考虑材料的磨损特性,选择具有较高耐磨性的材料,以提高摩擦耐磨性能。

四、如何减少摩擦和磨损1. 合理润滑润滑是减少摩擦和磨损的重要手段之一。

润滑可以在物体表面形成一层保护膜,减少摩擦力的大小,降低磨损程度。

金属材料表面摩擦磨损机理研究

金属材料表面摩擦磨损机理研究

金属材料表面摩擦磨损机理研究一、引言金属材料是工业生产中使用广泛的材料之一,其表面的摩擦磨损问题影响着机械设备的性能和寿命。

因此,研究金属材料表面的摩擦磨损机理对于提高机械设备的可靠性有着重要意义。

本文将对金属材料表面摩擦磨损的机理研究进行梳理和总结。

二、金属材料表面摩擦磨损机理的分类1. 粘着磨损物体在摩擦过程中,由于接触表面产生的表面张力,导致物体表面产生差异形变, 造成损伤。

这种损伤形式我们称之为粘着(nowear)损伤.这种损伤是粒级以上(即微观尺度)表征摩擦过程的典型特征。

而微观尺度的磨损和水平方向的相互剪切是密切相关的。

当物体表面的粘着力越大,磨损越严重。

而硬度低, 表面粗糙度高的材料, 粘着损伤容易形成。

2. 疲劳磨损在应力循环的情况下,可能发生一系列的表面裂纹或者成为裂缝。

如果在这些裂纹处引入外力,就会使这些裂隙扩大甚至破裂,这种磨损形式我们称之为疲劳损伤。

疲劳磨损主要发生在金属材料经过重复循环或长时间的运动过程中,当材料表面应变过大或存在应力集中时,疲劳磨损很容易发生。

3. 磨粒磨损这种磨损模式的主要特征是物体表面明显存在磨损痕迹。

在物体表面经过长时间的运动过程中,很容易被杂质、粉尘、磨料等物质颗粒悬浮在介质中。

物质颗粒在物体表面上运动时,会产生表面切削,从而造成磨损。

磨粒磨损是金属材料摩擦磨损中最常见、最为普遍的一种机理。

三、金属材料表面摩擦磨损机理的原理1. 粘着磨损在两个金属物体的接触面上,会产生吸引力或剪切力,而这种力的大小与表面间的接触面积直接相关。

所以,当表面间的接触面积越大,粘着力越大,金属材料的表面粘着磨损越明显。

损伤的形式是由于表面接触部位接受高压力而形成的, 如盘状疲劳菲林(Fatigue Spalling)及磨耗铁锈(wear oxidation)等。

2. 疲劳磨损疲劳磨损的原理是由于物体表面裂纹处的应力集中效应,容易导致表面裂纹的形成和扩展。

在材料的裂纹阈值以下,材料表面裂纹会逐渐扩大和疲劳断裂,进而导致疲劳磨损。

第四章 摩擦、磨损及润滑概述

第四章  摩擦、磨损及润滑概述

第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第一节 摩擦 一、摩擦效果——能量损耗、发热、磨损
——利用摩擦 二、摩擦分类 内摩擦:发生在物质内部,阻碍分子间相对运动 外摩擦:
静摩擦 动摩擦——滚动摩擦
滑动摩擦——
1.干摩擦 机械传动中不允许
2.边界摩擦 边界油膜(十层分子厚度仅 为0.02μm),金属突峰接触,摩擦系数0.1 左右
油温 3.疲劳磨损(点蚀) 提高表面硬度、减小粗糙度值和控制接触应

4.流体体磨粒磨损、流体侵蚀磨损
流动所夹带的硬物质引起的机械磨损,管道 磨损
流体冲蚀作用引起的机械磨损,燃汽轮机叶 片、火箭发动机尾喷管的磨损。
5.腐蚀磨损
机械化学磨损是指由机械作用及材料与环境 的化学作用或电化学作用共同引起的磨损
2.流体静力润滑 3.弹性流体动力润滑 λ>3~4 4.边界润滑 5.混合润滑
1.如图所示,在 情况下,两相对运动的平 板间粘性流体不能形成油膜压力。
2.摩擦副接触面间的润滑状态判据参数膜厚 比值λ为 时,为混合润滑状态,值λ为 时,可达到流体润滑状态。
A.6.25; B. 1.0;C. 5.2; D. 0.35。
λ≤1——边界摩擦
λ>3——流体摩擦
1≤λ≤3——混合摩擦
第二节 磨损 一、磨损过程 ——磨合、 稳定磨损、 剧烈磨损。 二、磨损分类 1.磨粒磨损 开式齿轮传动 合理选择材料,提高表面硬度
2.粘着磨损 ——轻微磨损、胶合、咬死
齿轮传动、蜗杆传动滑动轴承等 合理选择摩擦副材料、润滑剂,限制压力和
3.各种油杯中, 可用于脂润滑。
A.针阀式油杯;B.油绳式油杯;C.旋盖式油杯。
4.为了减轻摩擦副的表面疲劳磨损,下列措施中, 是不合理的

表面磨损表面磨损如何影响材料的摩擦特性

表面磨损表面磨损如何影响材料的摩擦特性

表面磨损表面磨损如何影响材料的摩擦特性表面磨损对材料摩擦特性的影响摩擦学旨在研究固体直接接触面之间的相互作用及其对物体运动和能量转换的影响。

而材料表面磨损是影响摩擦学的主要因素之一。

在此文中,我们将讨论表面磨损及其对材料摩擦特性的影响,探索这一现象背后的原因与机制。

1. 表面磨损的原因表面磨损是指材料表面在与其他材料直接接触过程中,由于外力作用下接触面之间的相互摩擦而先后逐渐失去材料表面一定制造精度的过程。

表面磨损的原因有以下几种:1.1 机械磨损机械磨损是指材料表面在接触的瞬间受到较大压力的冲击而产生的变形和疲劳,逐渐会出现裂纹并失去材料表面的一定制造精度的过程。

1.2 粒子磨损粒子磨损是指材料表面与空气中的固体颗粒或者与其他固体材料摩擦接触时,受到颗粒强烈物理作用或者化学反应作用,逐渐失去材料表面的一定制造精度的过程。

1.3 化学磨损化学磨损是指材料表面与其他物质反应的结果,会因化学作用而失去材料表面的制造精度,主要包括材料表面的氧化、腐蚀、脱合、酸碱腐蚀等现象。

2. 表面磨损对摩擦系数的影响表面磨损与摩擦系数的变化相互关联,最终会影响材料的摩擦特性,具体影响如下:2.1 摩擦系数的增加当材料表面磨损后,摩擦系数会随着磨损程度的增加而增加。

这是因为磨损过程中材料表面的几何形状发生了变化,表面的粗糙度增加,表面实际接触面积减小,接触应力增加等因素导致表面摩擦系数的增加。

2.2 摩擦系数的减少表面磨损程度逐渐加剧,表面的材料质量会逐渐降低,材料的表面化学变化也会发生变化,导致材料摩擦系数的降低。

当表面磨损程度逐渐加剧时,表面磨损降低了接触面积的粗糙度,减小表面的接触应力,降低表面的摩擦系数等原因会导致摩擦系数降低的现象出现。

3. 如何降低表面磨损对摩擦特性的影响表面磨损降低了材料的摩擦特性和材料表面制造的精度,为了降低表面磨损对摩擦特性的影响,可以采取以下措施:3.1 修改表面材质通过对表面材料的改变,可以降低表面磨损的程度及速度,从而减少表面磨损对摩擦系数的影响。

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表面摩擦与磨损摘要:简要介绍了摩擦与磨损的定义,摩擦的分类及评价方法;磨损的分类及评价方法;磨损的评价方法;抗摩擦磨损表面强化技术。

关键词:摩擦;磨损;表面1 引言摩擦与磨损是自然界存在的普遍现象, 摩擦对人类的生活和生产活动有利有弊, 而磨损却是有百害而无一利。

摩擦与磨损对能源及材料的消耗是相当可观的, 据粗略估计, 有1/3 ~ 1/2的能源消耗于磨损, 而磨损又常常是机器零部件失效的主要原因。

摩擦与磨损是发生在相互接触并相对运动的两个固体表面之间, 因此接触表面的特性, 诸如表面粗糙度及硬度等与摩擦、磨损关系密切。

有些表面特性是由材料的本性决定的, 此外, 还可以采用各种方法对材料表面进行改性, 其中表面处理技术中的电镀及复合镀等则是常用的手段。

在制备减摩及耐磨镀层时需进行检测, 因此, 有必要对摩擦及磨损的定义、产生原因和测试方法等有一定程度的了解[1]。

2 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[2]。

3 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。

这里主要以前三种方式介绍分类[3]。

3.1 按摩擦副的运动状态分类(1)静摩擦,两个相互接触的物体在外力作用下, 有相对运动的趋势时产生的摩擦叫静摩擦。

(2)动摩擦,两个相互接触的物体在外力作用下, 发生相对运动时产生的摩擦叫动摩擦。

通常动摩擦力比静摩擦力要小。

3.2 按摩擦副的运动形式分类(1)滑动摩擦,两个相互接触的物体表面在外力作用下, 相对滑动时产生的摩擦叫做滑动摩擦。

(2)滚动摩擦,两个相互接触的物体在力矩作用下, 一物体沿与另一相接触物体表面滚动时产生的摩擦叫滚动摩擦[4]。

3.3 按照摩擦副表面的润滑状态分类3.3.1 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,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。

3.3.2 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。

当摩擦副表面覆盖一层边界膜后,虽然表面磨损不能消除,但可以起着减小摩擦与减轻磨损的作用。

与干摩擦状态相比,边界摩擦状态时的摩擦系数要小的多。

在机器工作时,零件的工作温度、速度和载荷大小等因素都会对边界膜产生影响,甚至造成边界膜破裂。

因此,在边界摩擦状态下,保持边界膜不破裂十分重要。

在工程中,经常通过合理地设计摩擦副的形状,选择合适的摩擦副材料与润滑剂,降低表面粗糙度,在润滑剂中加入适当的油性添加剂和极压添加剂等措施来提高边界膜的强度[5]。

3.3.3 流体摩擦当摩擦副表面间形成的油膜厚度达到足以将两个表面的微凸出部分完全分开时,摩擦副之间的摩擦就转变为油膜之间的摩擦,这称为流体摩擦。

形成流体摩擦的方式有两种:一是通过液压系统向摩擦面之间供给压力油,强制形成压力油膜隔开摩擦表面,这称为流体静压摩擦;二是通过两摩擦表面在满足一定的条件下,相对运动时产生的压力油膜隔开摩擦表面,这称为流体动压摩擦。

流体摩擦是在流体内部的分子间进行的,所以摩擦系数极小。

3.3.4 混合摩擦当摩擦副表面间处在边界摩擦与流体摩擦的混合状态时,称为混合摩擦。

在一般机器中,摩擦表面多处于混合摩擦状态。

混合摩擦时,表面间的微凸出部分仍有直接接触,磨损仍然存在。

但是,由于混合摩擦时的流体膜厚度要比边界摩擦时的厚,减小了微凸出部分的接触数量,同时增加了流体膜承载的比例,所以混合摩擦状态时的摩擦系数要比边界摩擦时小得多[6]。

4 磨损的分类及评价方法摩擦副表面间的摩擦造成表面材料逐渐地损失的现象称为磨损。

零件表面磨损后不但会影响其正常工作,如齿轮和滚动轴承的工作噪声增大,而承载能力降低,同时还会影响机器的工作性能,如工作精度、效率和可靠性降低,噪声与能耗增大,甚至造成机器报废。

通常,零件的磨损是很难避免的。

但是,只要在设计时注意考虑避免或减轻磨损,在制造时注意保证加工质量,而在使用时注意操作与维护,就可以在规定的年限内,使零件的磨损量控制在允许的范围内,就属于正常磨损。

另一方面,工程上也有不少利用磨损的场合,如研磨、跑合过程就是有用的磨损。

4.1 磨损过程分析工程实践表明,机械零件的正常磨损过程大致分为三个阶段:初期磨损阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。

(1)初期磨损阶段机械零件在初期磨损阶段的特点是在较短的工作时间内,表面发生了较大的磨损量。

这是由于零件刚开始工作时,表面微凸出部分的曲率半径小,实际接触面积小,造成较大的接触压强,同时曲率半径小也不利于润滑油膜的形成与稳定。

所以,在开始工作的较短时间内磨损量较大。

(2)稳定磨损阶段经过初期磨损阶段后,零件表面磨损的很缓慢。

这是由于经过初期磨损阶段后,表面微凸出部分的曲率半径增大,高度降低,接触面积增大,使得接触压强减小,同时还有利于润滑油膜的形成与稳定。

稳定磨损阶段决定了零件的工作寿命。

因此,延长稳定磨损阶段对零件工作是十分有利的。

工程实践表明,利用初期磨损阶段可以改善表面性能,提高零件的工作寿命。

(3)剧烈磨损阶段零件在经过长时间的工作之后,即稳定磨损阶段之后,由于各种因素的影响,磨损速度急剧加快,磨损量明显增大。

此时,零件的表面温度迅速升高,工作噪声与振动增大,导致零件不能正常工作而失效。

在实际中,这三个磨损阶段并没有明显的界限[7]。

4.2 磨损的分类磨损的分类方法很多, 主要有以下三种分类方法, 即按发生磨损的环境及介质分类;按发生磨损的表面接触性质分类及按磨损机理分类;下面介绍按磨损机理的分类。

(1)粘着磨损在摩擦副表面间,微凸出部分相互接触,承受着较大的载荷,相对滑动引起表面温度升高,导致表面的吸附膜(如油膜,氧化膜)破裂,造成金属基体直接接触并“焊接”到一起。

与此同时,相对滑动的切向作用力将“焊接”点,即粘着点,剪切开,造成材料从一个表面上被撕脱下来粘附到另一表面上。

由此形成的磨损称为粘着磨损。

通常多是较软表面上的材料被撕脱下来,粘附到较硬的表面上。

零件工作时,载荷越大,速度越高,材料越软,粘着磨损越容易发生。

粘着磨损严重时也称为“胶合”[8]。

影响粘着磨损的主要因素;同类摩擦副材料比异类材料容易粘着;脆性材料比塑性材料的抗粘着能力高,在一定范围内的表面粗糙度越高抗粘着能力越强,此外粘着磨损还与润滑剂、摩擦表面温度及压强有关。

在工程上,可以从摩擦副的材料选用,润滑和控制载荷及速度等方面采取措施来减小粘着磨损。

(2)腐蚀磨损在机器工作时,摩擦副表面会与周围介质接触,如有腐蚀性的液体、气体、润滑剂中的某种成分,发生化学反应或电化学反应形成腐蚀物造成的磨损,称为腐蚀磨损。

腐蚀磨损过程十分复杂,它与介质、材料和温度等因素有关。

响腐蚀磨损的主要因素;周围介质、零件表面的氧化膜性质及环境温度等[9]。

(3)磨料磨损落入摩擦副表面间的硬质颗粒或表面上的硬质凸起物对接触表面的刮擦和切削作用造成的材料脱落现象,称为磨料磨损。

磨粒磨损造成表面成现凹痕或凹坑。

硬质颗粒可能来自冷作硬化后脱落的金属屑或由外界进入的磨粒。

加强防护与密封,做好润滑油的过滤,提高表面硬度可以增加零件耐磨粒磨损的寿命。

粒磨损与摩擦材料的硬度、磨粒的硬度有关。

(4)接触疲劳磨损在接触变应力作用一段时间后,摩擦副表面会出现材料脱落的现象,这称为接触疲劳磨损。

接触变应力作用一段时间后造成的材料脱落会不断地扩展,形成成片的麻点或凹坑,导致零件失效。

在实际中,零件表面的磨损大都是几种磨损作用的结果。

因此,在机械设计中,一定要根据零件的具体工况,从结构、材料、制造、润滑和维护等方面采取措施提高零件的耐磨性。

影响接触疲劳磨损的主要因素有;摩擦副材料组合、表面光洁度、润滑油粘度以及表面硬度等。

(5)微动磨损微动磨损是—种复合型式的磨损,是两表面之间由很小的振幅的相对振动产生的磨损。

机械零件配合较紧的部位,在载荷和一定频率振动条件下,零件表面产生微小滑动将导致微动损伤。

如果在微动磨损过程中,表面之间的化学反应起主要作用,则可称为微动腐蚀磨损。

直接与微动磨损相联系的疲劳损坏称为微动疲劳磨损。

微功磨损过程如下:接触压力使摩擦副表面的微凸体产生塑性变形和粘着,在外界小振幅振动作用下,粘着点剪切,粘着物脱落,剪切表面被氧化。

磨屑不易排出,这些磨屑起着磨料的作用,加速了微功磨损的过程。

这样循环不止,最终导致零件表面破坏。

当振动应力足够大例,微动磨损处会成为疲劳裂纹的核心,导致早期疲劳断裂。

(6)冲蚀磨损冲蚀磨损是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。

根据颗粒及其携带介质的不同,冲蚀磨损又可分为气固冲蚀磨损、流体冲蚀磨损、液滴冲蚀和气蚀等。

在自然界和工矿生产中,存在着大量的冲蚀磨损现象。

例如矿山的气动输送管道中物科对管道的磨损,锅炉管道被燃烧的灰尘冲蚀,喷砂机的喷嘴受砂粒的冲蚀,抛丸机叶片被铁(钢)丸冲蚀等等。

许多研究者提出了冲蚀磨损的理论和模型。

其中影响较大的有切削磨损理论、断裂磨损理论、变形磨损理论、绝热剪切与变形局部化磨损理论和薄片剥落磨损理论等[10]。

4.3 磨损的评价方法关于磨损的评定方法目前还没有统一的标准下面介绍的是比较常用的方法:磨损量、耐磨性、磨损率。

4.3.1 磨损量(1)质量磨损量,是指材料或试样在磨损过程中质量的减小量, 以M表示, 单位为g或mg。

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