摩擦腐蚀基本知识

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4．速度
当摩擦表面的相对滑动速度发生变化时，表 面微凸体的变形速度、变形程度和表面温度 都将发生受化，从而导致摩擦系数发生变化。 因此，速度对摩擦系数的影响，受多种因素 制约，往往需要针对具体的摩擦副，通过试 验确定。
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5．表面膜
摩擦副接触表面膜一般由氧化膜、吸附膜和其他污染薄 膜等组成，其存在会极大地影响摩擦副的摩擦特性。 如在干摩擦表面加入润滑油后会使摩擦系数显著降 低。 当摩擦副材料表面存在表面膜时，由于摩擦主要发 生在表面膜之间，同时一般情况下表面膜的剪切强 度小于本体材料的剪切强度，因此摩擦系数较小。 生产中常常在摩擦副材料表面涂覆一层软金属(如铟、 镉、铅等)或表面膜(如硫化膜、氧化膜、磷化膜等)以 降低摩擦系数，减少材料的摩擦与磨损。 表面膜的厚度对摩擦系数有显著影响，通常存在者 一个最佳的膜厚范围，太薄或太厚都会使摩擦增大。
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(1)
磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加。出 现在初始运动阶段，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。
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(2)稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳定状
态，磨损率保持不变。标志磨损条件保持相 对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。
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(3) 剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损量急
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微切削磨损
图2-2 a) 微切削磨损在钢表面产生的切削痕 b) 钢的微切屑形貌
图2-3 (a) 典型微切屑;
(b) 滑移变形形成的皱褶
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2．犁沟变形机理
当磨粒的形状与位向不利于切削时，磨粒将使材料 产生犁沟变形，即将材料推向前方或两侧并使沟底 及沟槽附近的材料产生塑性变形。 后继的磨粒可能把堆积起来的材料压平，也可能使 已经犁沟变形的材料遭受再一次的犁沟变形，如此 反复，将导致材料的加工硬化和其他强化作用，最 后产生裂纹、断裂而形成磨屑。
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2.1.2 磨损基本知识
磨损定义：由于机械作用，有时伴有化学或 电的作用物体工作表面材料作相对运动过程 中不断损耗的现象。 大多数材料配副的摩擦系数介于0.1~1.0之 间，而其磨损率却相差很多数量级。
按磨损机理分四大类：磨料磨损，冲蚀磨损， 粘着磨损和疲劳磨损。
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表2.1 磨损的基本类型P39
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 全失效。
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非典型磨 损曲线
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磨损特性曲线----浴盆曲线
典型浴 盆曲线
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1) 粘着磨损的分类
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五类典型粘着磨损
(1)轻微磨损:
粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低， 剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较 轻微。
Why？
当摩擦副材料性能接近，并且摩擦表面硬度较低时，往 往容易产生胶合而导致摩擦副损坏。 采用性能相差较大的材料作摩擦副 如果所采用的摩擦副材料性能接近时，如齿轮摩擦副， 则通常使表面具有较高的硬度。
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2．表面粗糙度
当摩擦表面的粗糙度发生变化时，会导致摩擦机理 的改变 对于粗糙表面，以机械啮合为主；对于光滑表面， 以黏附为主。 当摩擦副表面非常粗糙时，摩擦系数较大。然而非 常平滑的表面可能摩擦系数更大，这是因为真实接 触面积增大，表面间的分子作用加强。 一般说来，摩擦副存在一最佳粗糙度区间，在这一 间内，所产生的摩擦系数最小。
4．疲劳磨损机理 疲劳磨损机理在一般磨料磨损中起主导作用.即材料表 面在磨粒产生的循环接触应力作用下，因疲劳剥落而形 成磨屑。
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3) 磨料磨损的主要影响因素
(1)磨料硬度的影响 材料的耐磨性决定于材料硬度Hm 和磨料硬度Ha的比值。 当Hm／Ha＜0.5时为硬磨料磨损， 此时增加材料的硬度对其耐磨性增 加不大（无关）。 当Hm／Ha＞0.8时为软磨料磨损， 此时增加材料的硬度能迅速地提高 其耐磨性 当H m／Ha在0.5~0.8之间时，要 根据实际情况进行判断。
磨损的金属表面上发生了最大限度的“加工硬化”， 材料耐磨性与其磨损后的表面硬度成正比。
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高锰钢材料是一个典型的实例。高锰钢经水韧性处 理后，获得单一奥氏体组织，硬度约为HB180~230。 用高锰钢制作的挖掘机斗齿，在挖掘硬的矿心时， 由于高锰钢得到充分的加工硬化，表现出良好的耐 磨性，优于回火马氏体和贝氏体钢。 相反，若将高锰钢斗齿用于挖掘主要含石英砂的砂 土层时，其耐磨性远不如马氏体和贝氏体钢。
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(3)磨料脆性的影响
材料的磨料磨损往往需要多次反复才能完成， 在这一过程中，磨料的状态将发生改变
一种表现为尖角和锐边被破坏，即由原来尖锐 的、多角形的磨料变成圆而钝的磨料，使得材 料的磨损率下降。 另一种表现为磨料破碎，生成尖角和锐边，使 得材料的磨损率增大。
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（4）载荷的影响：
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不形成切削
形成 切削
图2-18
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脆性材料
3．微观断裂(剥落)磨损机理
在磨损过程中，大多数材料表面都会发生塑性变形， 但脆性材料(如陶瓷、玻璃、碳化物等)或含有硬而 脆的第二相质点的材料在与磨料作用时，断裂机理 可能占主导地位，脆性材料或脆性相将产生断裂或 剥落，因此磨损量比塑性材料的磨损量大
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二、粘着磨损
定义：两个接触表面相对运动 时，由于接触点粘着和焊合而 形成的粘着结点被锯切断裂， 被剪断的材料由一个表面转移 到另一个表面，或脱落成磨屑 而产生的磨损。 粘着磨损的主要特征是出现材 料转移，同时沿滑动方向产生 不同程度的磨痕。
磨 损 量
o
a
b
时 间
图2.1 粘着磨损阶段磨损特征
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2．按摩擦副的运动形式分类
(1)滑动摩擦
物体接触表面相对滑动时产生的摩擦称为滑动 摩擦。
(2)滚动摩擦
在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时产生的 摩擦称为滚动摩擦
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3．按摩擦副表面的润滑状况分类
(1)纯净摩擦 摩擦表面没有任何吸附膜或化合物时产生的摩擦称 为纯净摩擦。这种摩擦只有在接触面产生塑性变形 使表面膜破坏或在真空中摩擦时才能发生。 (2)干摩擦(无润滑摩擦) 在大气条件下，摩擦表面间名义上没有润滑剂存在 时产生的摩擦称为干摩擦，或称无润滑摩擦。 (3)流体(润滑)摩擦 相对运动的两物体表面完全被流体隔开时产生的摩 擦称为流体(润滑)摩擦。当流体为液体时称为液体 摩擦，流体为气体时称为气体摩擦。流体摩擦时摩 擦发生在流体内部。 (4)边界(润滑)摩擦 介于干摩擦和流体(润滑)摩擦之间的一种摩擦形式， 摩擦表面间存在着一层极薄的润滑膜，这层润滑膜 的存在使得边界摩擦较之干摩擦状态有很大改善， 但还不足以将两摩擦表面完全分隔开。
以力的作用特点分类
低应力划伤式磨料磨损、高应力划伤式磨料磨 损、凿削式磨料磨损
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2) 磨料磨损机理
塑性材料
1．微观切削机理 磨粒作用存材料表面上的 力可分解为法向分力(正压 力)和切向分力(摩擦力)。 在法向分力作用下，磨料压 入材料表面形成压痕，在切 向分力作用下，磨粒向前推 进。 形成一次切屑
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犁沟变形模型如图：
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图2-11 因塑性变形发生去除的两种机制 （a）犁沟；（b） 微观切屑；（c）切屑模型
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图1-4 磨料磨损机制
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迎角(也叫冲角)是指磨料前面与材料表面间的 夹角(下图示)。 磨料能否切削材料与迎角α有关，只有当迎角大 于临界迎角时，才能产生切屑；反之，如果迎 角小于临界迎角，则只能产生塑性犁沟，将材 料推向沟槽的两侧及前沿。
施加载荷较大、磨料尖锐以 及材料的断裂韧度与硬度的 比值愈低时，材料愈趋向于 压痕断裂。材料的硬度决定 了磨料颗粒可能压入的深度 。
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如果压痕深度大于产生断裂的临界深度时，材料因断 裂机制产生的去除过程就会优先发生。高的断裂韧度 会增加压痕临界深度值，因而减小了因断裂机制去除 的磨损体积。
无论是塑性材料还是脆性材料，均可能同时发 生塑性变形和断裂两种机制，在某种条件下， 某一机制占主导地位。
磨损率与压力成正比，但有一转折点，当 压力达到或超过临界压力时，磨损率随压 力的增加变的平缓。
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5）材料的基体组织和性能
钢铁材料的基体组织与耐磨性的关系指出， 基体组织的耐磨性—一般按铁素体、珠光体、 贝氏体和马氏体的顺序递增。 在实际工作中选用耐磨材料并不是如此简 单，一个普遍的观念是“硬度越高的材料耐 磨性越好”。适合于较低接触应力、较低滑 动速度的滑动磨料磨损条件。 相反，在高接触应力、高冲击或相对滑动速 度快、磨料硬而锐利的情况下不适用。
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图2-35 钢与铁的各种基体组织的耐磨料磨损性
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未经热处理钢的耐磨性单值地决定其宏观硬度。 热处理钢的相对耐磨性随宏观硬度增高而线性地增 加，但比未经热处理钢要慢—些。 耐磨性不仅取决于钢的硬度，而且取决于成分。
不同成分的热处理钢虽然只有相同硬度但耐磨性不 同，说明各种的耐磨性与宏观硬度间并不存在单值 的对应关系。
表面工程 Surface Engineering
第二章 摩擦腐蚀基本知识
授课教师：
马 静
第二章 摩擦腐蚀基本知识
材料破坏的两大破坏形磨损
摩擦学：研究作相对运动表面及有关理论和 实践的科学技术 包括摩擦、磨损和润滑
当两个相互接触的物体在外力作用下产生相 对运动或具有相对运动趋势时，在接触面间 产生的切向运动阻力称为摩擦力，这个阻力 与运动方向相平行，这种现象称之为摩擦。
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油膜 膜厚 比
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4. 摩擦副处于高温、高速、低温、真空、 辐射等特殊环境条件下工作，可将摩擦分为 正常工况条件下的摩擦和特殊工况条件下的 摩擦 5. 根据产生摩擦的程度，将摩擦分为轻微 摩擦和严重摩擦等。