磨料磨损失效分析
矿山机械磨损失效原因及处理方法探讨
矿山机械磨损失效原因及处理方法探讨随着矿业的不断发展，矿山机械也得到广泛应用，在生产过程中磨损失效问题也逐渐凸显。
矿山机械的失效常常导致生产效率下降和成本增加，因此必须及时分析其磨损失效原因并采取有效的处理方法。
1.材料的选择不合理：在材料选择上面，要根据所需的机械的作用环境、使用工况和材料性能，选择合适的材料才能达到较好的耐磨效果。
选择不当，如选用硬度大但不耐冲击的材料，就会导致机械失效。
2.摩擦磨损：在机械运行的过程中，由于物体之间的相对运动，会产生机械磨擦，导致磨损失效。
运动状态的不同，磨损方式也不同。
3.磨料的作用：在矿山生产中存在大量的磨料，如果机械的表面和磨料直接接触，极易出现磨损失效。
所以在机械的设计中，应考虑到磨料的影响并将其避开。
4.过载：机械在工作过程中，如果超出设计的负荷范围使用，就会造成过载，甚至是损坏，影响机械的寿命。
5.使用环境：环境的酸碱度、氧气含量、气温等的影响，会对机械产生一定的损害。
1.合理设计：合理的设计可以降低磨损的发生。
在设计的时候要避免磨料的影响、尽量减小摩擦和磨损，并要保证设计的机械能在稳定的工作范围内。
2.材料的选择：选择合适的材料也是一种有效的处理方法。
在选择材料时，应根据机械使用的环境、负荷、工作状况等需要选用合适的材料。
3.磨损面的辅助性处理：通过磨损面辅助性处理，控制磨损过程，可以延长机械的使用寿命。
处理方法有波纹处理、表面喷涂等。
4.维护保养：定期的维护保养对于机械的使用寿命非常重要。
在维护保养上，要注意选用适当合理的润滑油，检查机械的磨损情况，及时更换零部件等。
5.制定合理的使用规范：在机械使用前，要了解和掌握机械的使用规范并制定合理的使用规范。
尽可能减少机械的运行状况及行驶路线到达、开始和停止时间的变化等。
避免过载、超速运行以及使用区域不当造成的机械磨损失效。
总之，要提高矿山机械的耐磨性能不仅要选择适当的材料，还需考虑设计、制造、使用和维护等全方面因素。
磨损失效的主要类型、显微机制、影响因素、注意问题等
磨损失效是机械设备和零部件的三种主要失效形式———断裂、腐蚀和磨损失效形式之一。
通常磨损过程是一个渐进的过程,正常情况下磨损直接的结果也并非灾难性的,因此,人们容易忽视对磨损失效重要性的认识。
实际上,机械设备的磨损失效造成的经济损失是巨大的[1～10,15]。
美国曾有统计,每年因磨损造成的经济损失占其国民生产总值的4%。
2004年底由中国工程院和国家自然科学基金委共同组织的北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示,磨损损失了世界一次能源的三分之一,机电设备的70%损坏是由于各种形式的磨损而引起的;我国的GDP只占世界的4%,却消耗了世界的30%以上的钢材;我国每年因摩擦磨损造成的经济损失在1000亿人民币以上,仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料。
可见减摩、抗磨工作具有节能节材、资源充分利用和保障安全的重要作用,越来越受到国内外的重视。
因此,研究磨损失效的原因,制定抗磨对策、减少磨损耗材、提高机械设备和零件的安全寿命有很大的社会和经济效益。
1 磨损和磨损失效的主要类型磨损———由于机械作用造成物体表面材料逐渐损耗。
磨损失效———由于材料磨损引起的机械产品丧失应有的功能。
通常,按照磨损机理和磨损系统中材料与磨料、材料与材料之间的作用方式划分,磨损的主要类型可分为磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等类型。
1.1 磨料磨损由外部进入摩擦面间的硬颗粒或突出物在较软材料的表面上犁刨出很多沟纹,产生材料的迁移而造成的一种磨损现象称为磨料磨损。
影响这种磨损的主要因素:在多数情况下,材料的硬度越高,耐磨性越好;磨损量随磨损磨粒平均尺寸的增加而增大;磨损量随着磨粒硬度的增大而加大等。
1.2 粘着磨损在两摩擦表面相对滑动时,材料发生"冷焊"后便从一个表面转移到另一个表面,成为表面凸起物,促使摩擦表面进一步磨损的现象称为粘着磨损。
影响粘着磨损的主要因素:同类的摩擦副材料比异类材料容易粘着,采用表面处理(如热处理、喷镀、化学处理等)可以减少粘着磨损;脆性材料比塑性材料抗粘着能力高;材料表面粗糙度值越小,抗粘着能力也越强;控制摩擦表面的温度,采用的润滑剂等可减轻粘着磨损等。
制粒环模磨损失效分析及45~#钢抗苜蓿草粉的磨料磨损试验研究
制粒环模磨损失效分析及45~#钢抗苜蓿草粉的磨料磨损试验研究制粒环模是颗粒制备设备中重要的组成部分，其磨损失效会直接影响设备的生产效率和颗粒质量。
本文将对制粒环模的磨损失效进行分析，并通过磨料磨损试验研究了45~#钢抗苜蓿草粉的磨损情况。
首先，我们对制粒环模的磨损失效进行了分析。
制粒环模通常由优质合金钢材料制成，其表面硬度较高，但在长期工作过程中，仍会出现磨损现象。
这主要是由于两个因素引起的：一是颗粒和环模的相互摩擦，二是环模表面与颗粒表面接触时的冲击力。
这两个因素会导致制粒环模表面的磨损，进而影响到颗粒的质量和设备的生产效率。
为了研究制粒环模的磨损情况，我们选择了45~#钢作为研究对象，并将其用于制备抗苜蓿草粉的颗粒。
通过磨料磨损试验，我们模拟了环模表面与颗粒接触时的摩擦和冲击力，进一步了解了45~#钢抗苜蓿草粉的磨损情况。
试验结果显示，制粒环模的磨损主要体现在表面的磨粒、磨纹和磨裂等现象。
随着试验时间的增加，制粒环模的磨损现象逐渐加剧。
在试验初期，制粒环模表面出现微小磨粒和磨纹，但随着试验时间的推移，磨粒和磨纹逐渐增大，并出现磨裂现象。
这些磨损现象会导致制粒环模表面的粗糙度增加，进而影响到颗粒与环模的接触情况和颗粒的质量。
研究还发现，磨料的硬度和颗粒的形状对制粒环模磨损的影响较大。
硬度较高的磨料会加速制粒环模表面的磨损，而具有较多尖锐边角的颗粒形状也会加剧磨损现象。
这对于颗粒制备过程中的设备选择具有一定的指导意义。
综上所述，制粒环模的磨损失效会直接影响到颗粒的质量和设备的生产效率。
通过磨料磨损试验，我们了解到45~#钢抗苜蓿草粉在制粒环模表面的磨损情况，进一步探索了磨料硬度和颗粒形状对磨损的影响。
这些研究结果对于提高颗粒制备设备的使用寿命和颗粒质量具有一定的指导意义，也为今后进一步优化制粒环模设计和材料选择提供了参考通过磨料磨损试验，我们深入了解了45~#钢抗苜蓿草粉制粒环模的磨损情况。
试验结果表明，制粒环模的磨损主要体现在磨粒、磨纹和磨裂等现象上，并随着试验时间的增加而逐渐加剧。
7磨损与腐蚀失效分析资料
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7.1 磨损失效分析
7.1.2 磨损失效分析
磨损失效分析可以概括为： 用宏观及微观分析方法对磨损失效零件的表面、剖面及 回收到的磨屑进行分析，同时考虑工况条件的各种参数对零 件使用过程造成的影响，再考虑零件的设计、加工、装配、 工艺和材质等原始资料，综合分析磨损发生发展的过程，判 断早期失效的原因，或耐磨性差的原因。从而使选材、加工 工艺和结构设计更趋合理，以达到提高零件使用寿命及设备 稳定可靠的目的。
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7.1 磨损失效分析
1、磨损失效分析的步骤
（3）检查润滑情况及润滑剂的质量：检查润滑剂的类型，使 用效果，是否变质等；检查润滑方式是否合理，过滤装置是否 有效。 （4）摩擦副材质的检查：力学性能、化学成分、钢种气体、 夹杂物含量等；注意摩擦副工作前后的变化情况，表层及附近 金属有无裂纹、异物嵌入、二次裂纹、塑性变形及剥落等情况。 （5）进行必要的模拟试验 ，并分析磨损表面、亚表面及磨屑 的组织结构、形貌特征。 （6）确定磨损机制，分折失效原因，提出改进措施 。
损碎片的产生和剥落过程，为磨损理论研究提供重要的实验依 据。
（3）磨屑分析
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7.1 磨损失效分析
3、磨损失效模式的判断
粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、微动磨损
（1）粘着磨损的特征及判断
局部应力很高，产生严重塑性变形并产生牢固的粘合或 焊合。强度较低的金属亚表层发生剪切撕脱，造成软金 属粘着在相对较硬的金属表面，形成细长条状，不均匀， 不连续的条痕；而在较软金属表面则形成凹坑或凹槽； 粘合处强度进一步增加，使剪切断裂面深入到金属内表 面，在较软金属表面形成梨沟。
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7.2 腐蚀失效分析
材料磨损失效分析简述
材料磨损失效分析简述材料磨损失效分析简述摘要：综述了磨损失效的常见类型及该磨损失效的的影响因素，包括材料的磨损失效过程，指出了降低材料磨损失效的措施，为预防工程领域材料的磨损失效提供了方向。
关键词：磨损失效；类型；影响因素；过程；预防措施The Review Of Wear Failure Analysis In Materials Abstract:The common types and its influencing factors was summarized. Including the process of wear failure of materials.And the measures of how to reduce wear failure was pointedout.Pointed directions how to preventing wear failure in engineering material field.Key words:wear, failure; classify; influencing factor;process; precautionary measures 引言磨损失效是机械设备和零部件的三种主要失效形式———断裂、腐蚀和磨损失效形式之一。
世界一次能源的三分之一、机电设备的70%—80%是由于各种形式的磨损而产生故障[1]。
磨损不仅造成大量的材料浪费，而且可能直接导致灾难性后果。
因此,研究磨损失效的原因,制定抗磨对策、减少磨损耗材、提高机械设备和零件的安全寿命是极为有必要的。
1 常见磨损失效类型及其影响因素1.1粘着磨损当一对磨擦副的两个磨擦表面的显微凸起端部相互接触时，即使法向负载很小，但因为凸起端部实际接触的面积很小，所以接触应力很大。
如果接触应力大到足以使凸起端部的材料发生塑性变形而且接触表面非常干净，彼此又具有很好的适应性，那么在磨擦界面上很可能形粘着点。
机械产品的磨损——磨料磨损失效分析(续)
挖掘机斗齿是易损件， 斗齿失效方式多数为磨 损， 少数为断裂 。文献Ｅｌ１３ ｌ ，３ 给出了磨损失效斗齿
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的残体形貌和不 同材料斗齿失效分析报告。斗齿由 于齿尖和齿 的底部与物料接触发生磨损致使挖掘功
能下降而失效 。 在对 ＷＫ ４挖 掘机斗齿 的磨损失 效 分析 中发 现， 挖掘机（ ４ 斗齿结构是否合理 ， ＷＫ ） 对其使用寿 命有很大 的影 响。笔者曾研制 的新型矿 山挖掘机 （ ４ 斗齿在结构上有以下特点Ｌ ① 改变了原 ＷＫ ） １ 引： 斗齿上下表面对称 中心线位置 ， 使斗齿与挖掘过程 的磨损曲面相吻合 ， 且呈光滑连续 曲线 。这样可有
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距锤片尖端 的距离
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效减少挖掘的阻力 。② 增加 了齿尖部位的有效工
图 ８ 饲料粉碎机锤 片的宏观磨损形貌 （） ａ 及物料对锤片 表 面的冲击角度 ａ 与随磨损时间 ｔ 的变化 （ ＜￡ ｒ ： ＜岛）ｂ （）
５１ 磨损失效信息的收集 ．
（） １ 磨损失效条件——了解失效工件与磨料载 荷、 作用方式 、 物料性状 、 温度和腐蚀介质等工况。
（） ２ 磨屑收集——尽可能提取磨屑 ， 一般磨屑 都是 以极 小 比例 混 在 加工 物料 或 介 质 中 （ 如润
滑 油） 。
长 ， 面质量要求高的冲载模和挤压模易产生此 如表
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维普资讯
关成君等： 机械产品的 磨损——磨料磨损失效分析（ 续
间的摩擦损耗， 使工作部位（ 刃口、 冲头） 形状和尺寸 发生变化引起的失效。它又包括正常磨损失效和非 正常磨损失效两类。 ４ ３ １ 正 常磨损 失效 ．． 要求表面尺寸严格的冷冲压 、 冷挤压模具， 在保 证模具不断裂的前提下， 其使用寿命取决 于表面抗
第6章 磨损与腐蚀失效分析汇总
金属表面 发生局部 塑性变形
磨粒嵌入金属 表面，切割金 属表面
表面被 划伤
特点 • 普遍存在于机件中； • 磨损速度较大，0.5～5 μm/h 防止措施 • 提高表面硬度（从选材方面）； • 减少磨粒数量（从工作状况方面）。
（3）疲劳磨损的特征及判断。 它会引起表面金属小片状脱落，在金属表 面形成一个个麻坑，麻坑的深度多在几微 米到几十微米之间。 特点 产生接触疲劳的零件表面上出现许多针状 或痘状的凹坑，称麻点，故得名麻点磨损， 亦称疲劳磨损。 接触疲劳是裂纹形成和扩展的过程。
• 在化工、石油化工、轻工、能源、交通等 行业中，约60％的失效与腐蚀有关。化工与 石油化工行业腐蚀失效所占比例更高一些。 如近年来(1995 ～ 2000年)国内先后四次对石 化企业的压力容器使用情况进行调查，其中 对失效原因调查统计认为，在使用中因腐蚀 产生严重缺陷及材质劣化，是近年来引起容 器报废的主要原因。
6.2 腐蚀失效分析
6.2.1 腐蚀及腐蚀失效 1. 腐蚀的概念
腐 蚀 介 质
耐 蚀 金 属
（1）腐蚀的定义。 • 金属与环境介质发生化学或电化学作用，导致金 属的损坏或变质。OR在一定环境中，金属表面或界 面上进行的化学或电化学多相反应，结果使金属转 入氧化或离子状态。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
• 腐蚀不仅损耗了地球的资源，而且因腐蚀而造成 的生产停顿、产品质量下降，甚至人身事故等损 失，更是无法估量。分析、材料腐蚀及控制的研究 给予了前所未有的关注。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
材料的磨损失效分析论文
材料的磨损失效分析论文摘要：磨损失效是各种机械设备和工业系统中经常面对的问题，工程材料的磨损失效分析研究已经成为材料科学领域中的一个重要分支。
本文主要从材料磨损失效的定义、磨损机理、影响因素等方面进行论述，同时也介绍了各种常用的磨损试验和磨损机制的分析方法。
一、引言材料磨损失效是材料科学领域中的关键问题之一，也是各种机械设备和工业系统中经常面对的问题。
磨损失效对于材料的性能、寿命以及工程系统的运行稳定性等都有着重要的影响。
因此，材料的磨损失效分析研究已经成为材料学家和工程师们在实践中面对的一个重要课题。
二、定义磨损失效是指材料表面经过一段时间的磨擦、摩擦或冲击等作用后，发生的表面金属被剥蚀、脱落或破裂等现象。
磨损失效的产生会引起零件的尺寸变化、功能失效等，并且会导致机械设备的整体质量下降、效率降低，甚至直接影响设备的安全性。
三、磨损机理材料的磨损失效产生的原因是多种多样的，主要包括机械磨损、化学磨损和疲劳磨损等。
机械磨损：是指当材料表面受到摩擦或磨擦力的作用时，表面会出现磨损或剥落，这是最常见的磨损机理之一。
化学磨损：是指当材料表面发生化学反应时，会产生一定的磨损现象。
例如，酸性溶液中的金属腐蚀就是一种典型的化学磨损现象。
疲劳磨损：是指当材料表面受到重复的载荷作用时，会产生一定的磨损现象。
例如，当材料表面反复承受机械振动或冲击时就会产生疲劳磨损现象。
四、影响因素磨损失效的产生不仅与材料本身的性能有关，还与外界环境、工作条件等相关因素有关。
主要影响因素包括：材料硬度：材料硬度高时，耐磨性能较强，相反，材料硬度低则耐磨性能较弱。
材料的组织结构：材料的组织结构越细致，材料的强度和硬度越高，抗磨性能也就越强。
载荷和速度：当外部载荷或速度增大时，耐磨性能也会随之减弱。
工作环境：物理性能、化学性质以及工作环境的pH值等因素都会对材料的耐磨性能产生影响。
五、磨损试验磨损试验是磨损失效分析的重要部分，目的在于了解材料的磨损失效性能，并开展磨损机理和降低磨损失效的研究。
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磨料磨损失效分析磨损失效是机械设备和零部件的三种主要失效形式———断裂、腐蚀和磨损失效形式之一。
通常磨损过程是一个渐进的过程,正常情况下磨损直接的结果也并非灾难性的,因此,人们容易忽视对磨损失效重要性的认识。
实际上,机械设备的磨损失效造成的经济损失是巨大的[1～10,15]。
美国曾有统计,每年因磨损造成的经济损失占其国民生产总值的4%。
2004年底由中国工程院和国家自然科学基金委共同组织的北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示,磨损损失了世界一次能源的三分之一,机电设备的70%损坏是由于各种形式的磨损而引起的;我国的GDP只占世界的4%,却消耗了世界的30%以上的钢材;我国每年因摩擦磨损造成的经济损失在1000亿人民币以上,仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料。
可见减摩、抗磨工作具有节能节材、资源充分利用和保障安全的重要作用,越来越受到国内外的重视。
因此,研究磨损失效的原因,制定抗磨对策、减少磨损耗材、提高机械设备和零件的安全寿命有很大的社会和经济效益。
1 磨损和磨损失效的主要类型磨损———由于机械作用造成物体表面材料逐渐损耗。
磨损失效———由于材料磨损引起的机械产品丧失应有的功能。
通常,按照磨损机理和磨损系统中材料与磨料、材料与材料之间的作用方式划分,磨损的主要类型可分为磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等类型。
1.1 磨料磨损由外部进入摩擦面间的硬颗粒或突出物在较软材料的表面上犁刨出很多沟纹,产生材料的迁移而造成的一种磨损现象称为磨料磨损。
影响这种磨损的主要因素:在多数情况下,材料的硬度越高,耐磨性越好;磨损量随磨损磨粒平均尺寸的增加而增大;磨损量随着磨粒硬度的增大而加大等。
1.2 粘着磨损在两摩擦表面相对滑动时,材料发生"冷焊"后便从一个表面转移到另一个表面,成为表面凸起物,促使摩擦表面进一步磨损的现象称为粘着磨损。
影响粘着磨损的主要因素:同类的摩擦副材料比异类材料容易粘着,采用表面处理(如热处理、喷镀、化学处理等)可以减少粘着磨损;脆性材料比塑性材料抗粘着能力高;材料表面粗糙度值越小,抗粘着能力也越强;控制摩擦表面的温度,采用的润滑剂等可减轻粘着磨损等。
1.3 冲蚀磨损当含有流动微粒(固、液或气体)的流体冲击材料表面造成的一种磨损现象称为冲蚀磨损。
影响冲蚀磨损的主要因素是流动微粒的冲击速度及角度等。
1.4 疲劳磨损当两种材料相对运动(滚动或滑动)时,接触区受到循环应力的反复作用,当循环应力超过材料接触疲劳强度,接触表面或表面下某处形成疲劳裂纹,造成表面层局部脱落的现象称为疲劳磨损。
影响疲劳磨损的主要因素:零件表面硬度越高,产生疲劳裂纹的危险性越小;减少表面粗糙度,可改善零件疲劳寿命;高粘度的润滑油能提高抗疲劳磨损的能力,有利于提高疲劳寿命等。
1.5 腐蚀磨损摩擦过程中,摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应,造成表面材料的损失现象,称为腐蚀磨损。
影响腐蚀磨损的主要因素:腐蚀介质(如酸、碱、盐)的性质、零件表面氧化膜的性质和环境温度与湿度等。
1.6 微动磨损在相互压紧的金属表面间由于微小振幅振动,使接触面产生氧化磨损微粒,难以从接触部位排除,就会发生微动磨损。
影响微动磨损的主要因素:同类材料相接触要比异类材料相接触时磨损情况严重的多。
表1为工业领域中不同磨损类型的统计表[9],实际上大多数的工业领域中的磨损失效现象是以上述几种磨损形成的复合形式出现的。
上述磨损的分类方法比较常用,实际上这类方法里包含两类磨损,即由于磨料作用于材料表面造成的磨料磨损以及摩擦副之间的摩擦导致的磨损。
对于磨料磨损还可以进一步按不同分类方法进行分类:例如,两体磨损、三体磨损、凿削磨损、高应力磨损、低应力磨损、切削磨损、变形磨损等,此处不再罗列。
2 磨料磨损失效的显微机制从表1工业领域中磨损类型的统计表可知,磨料磨损占磨损类型的50%,是磨损失效中最主要的一种类型。
本文重点讨论磨料磨损的失效分析。
一般来说,在磨料磨损过程中,材料的迁移主要有切削、变形和脆断三种形式。
2.1 切削机制磨料颗粒作用在材料表面,颗粒上所承受的载荷分为切向分力和法向分力,在法向分力作用下,磨粒刺入材料表面,在切向分力的作用下,磨粒沿平面向前滑动,带有锐利棱角和合适攻角的磨粒对材料表面进行切削,如图1a,b所示。
如果磨粒棱角不锐利,或者没有合适的攻角,材料便发生犁沟变形,磨粒一边向前推挤材料,一边将材料犁向沟槽两侧,如图1c所示。
在切削的情况下,材料就像被车刀车削一样从磨粒前方被去除,在磨损表面留下明显的切痕,在磨屑的切削面上也留有切痕,而磨屑的背面则有明显的剪切皱褶,如图1d所示。
(a) 锐利棱角磨粒的犁削 (b) 材料表面切削形貌(c) 棱角不锐利磨粒的切削 (d)磨屑表面形貌图1 磨料颗粒作用磨损表面示意图和磨损形貌2.2 变形机制在滑动磨粒磨损中,由于磨粒不具备有利的攻角如图1c,并不是一次犁就产生磨屑,在磨粒的反复多次作用下,形成薄的片状碎屑,这种磨屑表面比较光滑,看不到磨痕和剪切褶皱,这类磨损则属于变形机制。
图2 变形后脱落的扁平状图3 材料脆性断裂、图4 不同材料硬度所对应的磨屑形貌微观剥落的形貌磨损机理当磨料以较大的角度作用于材料表面时,材料不具备被切削的条件,此时,磨料颗粒将材料从坑中挤出,在众多磨粒反复作用下,材料多次变形硬化失去塑性,直到应力超过材料的强度极限后形成扁平状磨屑脱落,此类磨损多发生于颚式破碎机及锥式破碎机的齿板和破碎壁表面,磨屑如图2所示。
但是值得注意的是,对于这类工件,宏观上磨料与材料似乎没有相对滑动,在微观上材料表面的磨料还是有一部分作滑动或者转动,这时仍是可以直接产生短切屑或凿屑。
2.3 脆断机制硬而脆的材料遇到磨粒磨损时,由于磨料不易刺入材料使材料发生塑性变形,更不易被切削,这时材料常常是以脆性断裂、微观剥落的机制发生迁移,宏观上便是发生了磨损,如图3所示。
图4表示了不同性质的材料所对应的不同磨损机理,可见不同的磨损机理在不同性质材料之间可以转化。
3 磨损失效的影响因素材料的耐磨性不是材料自身固有的性质,它是磨损系统的函数,同一材料在不同工况下表现出的磨损特性不尽相同,因此,有必要了解磨损系统中各参量对材料的耐磨性和磨损失效的影响。
3.1 磨损环境条件的影响3.1.1 压力的影响一般来说,随着磨损压力的增加,磨损量随之增大,因为随着压力的增大磨料对于材料的刺入深度增加,对材料表面进行切削或变形的能量随之增强。
3.1.2 速度的影响对于不同磨损种类,磨损速度的影响是不同的。
滑动磨损情况下,速度的影响并不明显;冲蚀磨损速度对磨损有重要影响,当冲击速度高到一定程度时,原本在滑动磨损或低速情况不造成磨损的物料此时也可以造成磨损,极端的例子是高压水射流切割以及气蚀等,这是因为速度决定输入给磨损表面的能量,能量越高,磨损越严重。
3.1.3 冲击角度的影响冲蚀磨损中冲击角度对磨损的影响非常大(图5),图5a为材料在不同冲击角度下的磨损特性。
可见,冲击角度对脆性材料和韧性材料的影响不同。
对于玻璃、陶瓷等脆性材料,随着角度的增加磨损量增加,在接近90°角的垂直冲击条件下,磨损量达到最大,这表明脆性材料不适合在大角度冲蚀工况下使用;对于韧性材料,磨损量先是随着冲击角度增加而增加,在某一角度时达到最大值,其后随着冲击角度的增加磨损量随之下降。
这表明韧性材料在低角度工况下工作容易发生磨损,而在高角度时则可充分发挥其耐磨性。
这是因为韧性材料硬度较低,低角度冲蚀时磨粒对表面的切削最有利,磨损量即上升,而脆性材料在垂直冲击时,材料表面最容易碎裂剥落,所以磨损量最大,通常工程上用的金属耐磨材料介于两者之间。
硬质合金和碳钢的冲击角度对磨损量的影响见图5b。
掌握不同材料在特定磨损工况下的最大磨损角度和最小磨损角度,对于冲蚀磨损下耐磨材料的选择和抗磨对策的制定有重要指导意义。
(a)(b)图5 不同冲击角对磨损特性和磨损量的影响3.2 磨料特性的影响在磨料的诸多特性中,磨料硬度的影响最为重要,早在20世纪40年代,苏联的赫鲁绍夫[6]以及后来英国的理查森都有过大量的研究,对此将在后面结合材料硬度进行叙述。
3.2.1 磨料粒径的影响磨料粒径对磨损的影响,最初随着粒径的增大磨损呈线性关系增大,当达到某个数值即所谓的临界粒径之后,磨损的增长就变得缓慢,或者出现不再增长的情况。
3.2.2 磨料粒形的影响磨粒的粒形对磨损有很大的影响,尖锐磨粒的磨损能力很强,而圆钝的磨损能力相对较差。
这是因为尖锐的磨粒可以比较容易地刺入材料表面,引起材料的塑性变形,或者直接切削材料,而切削是一次成屑,所以尖锐磨粒的磨损能力很强。
3.2.3 磨料中水分的影响实际工程中,在金属摩擦副的情况下,液体进入对磨界面,磨损可以大大下降;可是在磨料磨损的情况下,磨料中有水分进入,磨损反而变得严重。
另外,对于摩擦磨损,润滑剂达到一定量时,润滑和减磨效果就不再增加,而磨料磨损的磨损量先是随着水分增加而增加,达到最大值后,随水分的增加而下降,其极端情形为砂浆磨损。
3.3 材料特性的影响材料特性对磨损的影响非常大,工程耐磨材料主要有金属和非金属两大类,用于耐磨用途的非金属材料主要有陶瓷、橡胶。
在水平和低角度磨损时,陶瓷显示出了优异的耐磨性,特别是在高温工况下更是如此。
在垂直或大角度冲击磨损工况下,橡胶材料表现出色,特别是在湿磨料磨损时更是如此。
不同的材料在同样磨损条件下所表现出的磨损特性不尽相同。
金属耐磨材料兼备强度、韧性和耐磨性于一身,应用最为广泛。
在金属材料性能与磨损的关系中,研究得最多的依然是硬度的影响,早期赫鲁绍夫、理查森所作的工作是经典的,直到现在依然被广泛引用,如图6所示[12]。
对于纯金属(图6中的曲线1,2所覆盖的范围),随着材料硬度的增加,相对耐磨性随之增加并呈现出较好的线性关系。
而对于某一种碳素钢或合金钢(图6中的曲线3,4,5),采用热处理使之硬度在200～800HV之间变化时,随硬度增加其相对耐磨性的增加比较缓慢。
图6 材料硬度与相对磨损性的关系[13] 图7 金属磨粒磨损量和磨损比与磨粒硬度的关系(H1和H2分别为材料M1和M2的硬度)在研究磨损机理和磨损特性时,常常单独考察材料硬度的影响或者磨料硬度的影响。
实际在工程上,更有意义的是材料与磨料的相对硬度,或者说是硬度比值。
从对磨料磨损进行的大量试验发现,材料硬度与磨料硬度的比值与磨损量之间有如图7的关系。
图中H1和H2分别为材料M1和M2的硬度。
图7为两种不同硬度金属随着磨料硬度变化时的磨损体积变化以及两种材料磨损体积之比的变化规律[8],在图7a中,对于较软的材料M1而言,当磨料的硬度小于材料的硬度H1时,随着磨料硬度的增加,磨损上升缓慢,而当磨料的硬度上升到材料硬度左右时,磨损对磨料硬度最为敏感,当磨料硬度超过材料的硬度后,继续提高磨料的硬度对磨损没有影响。