摩擦磨损原理1固体的表面特性共67页
摩擦磨损试验
实验四摩擦学基础实验（1学时）一.实验目的1•通过实验了解不同材料配副摩擦系数的变化及磨损量的不同。
2.掌握摩擦学实验的基本方法及有关仪器设备的使用方法。
二.实验原理1•概述摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。
在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：（1）.跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。
（2）.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。
（3）•剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。
（如图4.1）S跑合摩擦行程（时间〉图4.1磨损三个阶段的示总图机件磨损是无法避免的。
但是如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到來，是研究者致力的方向。
伯韦尔（Bunvell）根据磨损机理的不同，把粘着磨损，磨粒磨损、腐蚀磨损和表面疲劳磨损列为磨损的主要类型，而把表面侵蚀，冲蚀等列为次要类型。
这些不同类型的磨损，可以单独发生，相继发生或同时发生（称为复合磨损形式）。
2磨损的检测与评定研究磨损要通过各种摩擦磨损试验设备，检测摩擦过程中的摩擦系数及磨损量（或磨损率）。
摩擦过程中从表面上脱落下来的材料（磨屑），记录了磨损的发展历程，反映了磨损机理，描述了表面磨损的程度。
发生磨损后的表面，同样有着磨损机理、磨损严重程度及其发展过程的记载。
因此研究磨屑和磨损后表面上的信息是研究磨损的重要一环。
2.1摩擦磨损试验机磨损试验的目的在于研究各种因素对摩擦磨损的影响，从而合理地选择配对材料，采用有效措施降低摩擦、磨损，正确设计摩擦副的结构尺寸及冷却设施等等。
摩擦磨损试验大体上可分为实验室试验，模拟试验或台架试验，以及使用试验或全尺寸试验三个层次，各层次试验设备的要求各不相同。
（1）实验室评价设备实验室设备主要用于摩擦磨损的基础研究，研究工作参数（载荷、速度等）对摩擦磨损的影响。
可以得到单一参量变化与摩擦磨损过程之间的关系。
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，
《摩擦与磨损原理》word版
摩擦与磨损原理（复习资料）摩擦学定义：摩擦学是研究作相对运动的相互作用表面及其有关的理论和实践的一门科学技术。
摩擦学又是一门涉及多学科的边缘学科，其涉及的主要学科为物理学、化学、机械工程、断裂力学、材料力学、流体力学等等。
摩擦学涉及领域广泛，主要的研究内容可以归纳为以下几个方面：1、摩擦；2、磨损；3、流体润滑理论；4、边界润滑；5、润滑剂与润滑技术；6、摩擦学测试技术。
摩擦学设计的任务就是利用摩擦学的现有知识，对一个特定对象通过合理的设计方法使其获得良好的摩擦学性能。
摩擦学设计过程中需要注意摩擦学的几个主要特性：(1)、摩擦学的系统性；（2）、摩擦学的时空性；（3）、摩擦学的多学科性。
固体表面的微观几何形状统称为表面形貌。
真实表面形貌，它由表面形状误差、波纹度和表面粗糙度组成。
1、表面形状误差：在制造机器零件的过程中，机床-工件-刀具系统的误差及弹性变形，导致表面形状误差，数值由最大偏差表示，一般用平面度、圆度和圆柱度等误差来表示。
2、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期性重复在机器零件已加工表面上的结果。
3、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期性重复在机器零件已加工表面上的结果。
表面形貌参数：微观不平度也称为微观不平度十点平均高度，是在取样长度L内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和称为R z。
在取样长度内,被测轮廓线上各点到中线距离的绝对值总和的算术平均值，称为轮廓算术平均偏差R a。
表面的物理吸附和化学吸附：物理吸附是非常快的可逆过程，吸附分子保持自己的特性，并可脱吸。
化学吸附比物理吸附具有更大的活化能，吸附过程是不可逆的，化学吸附膜比物理吸附稳定。
金属表面层是由若干层次组成的表面层：外表面层有物理吸附和化学吸附作用生长的吸附层及因氧化形成的氧化膜层。
塑性变形层称内层。
真实物体的表面不是理想光滑的表面，当两个表面相接触时，只是在表面的个别地方接触，这些离散的接触面积的总和构成实际接触面积。
摩擦学第五章磨损ppt课件
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
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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
摩擦磨损基本原理
4.犁沟效应
犁沟效应是硬金属的粗糙峰嵌入软金属后，在滑 动中推挤软金属，产生塑性流动并划出一条沟槽。 犁沟效应的阻力是摩擦力的组成部分，在磨粒磨损 和檫伤磨损中，为主要分量。
硬金属表面的粗糙峰由许多半角为θ 的圆锥体组成，在法向载荷作用下，硬 峰嵌入软金属的深度为h，滑动摩擦时， 只有圆锥体的前沿面与软金属接触。 接触表面在水平面上的投影面积A =πd2/8； 在垂直面上的投影面积S=dh/2。 如果软金属的塑性屈服性能各向同性，屈服极限为σs，于是 法向载荷W和犁沟力Pe 分别为
定律三：摩擦系数与滑动速度无关。虽然对于金属材料基 本符合，而对粘弹性显著的弹性材料，摩擦系数则明显与滑 动速度有关。
特别注意：在古典摩擦定律中，摩擦系数µ是一个常数。 大量的试验指出，很难确定某种摩擦副固定的摩擦系数， 仅在一定的环境(湿度温度等)和工况(速度和载荷等)下，对 于一定的材质的摩擦副来说，µ才有可能是一个常数。如在 正常的大气环境下，硬质钢摩擦副表面的µ为0.6，但在真 空下，其µ可达到2.0。 因此，通过摩擦试验测得试样的摩擦系数时，必须注明 试验条件，否则所得的试验数据没有意义。
a.金属的整体机械性质：如剪切强度、屈服极限、硬度、弹 性模量等，都直接影响摩擦力的粘着项和犁沟项。 b. 晶态材料的晶格排列：在不同晶体结构单晶的不同晶面 上，由于原子密度不同，其粘着强度也不同。如面心立方晶 系的Cu的(111)面，密排六方晶系的Co的(001)面，原子密度 高，表面能低，不易粘着。
对金属间的摩擦而言，主要是粘着作用，其次是“犁沟”作用。 而材料的弹性变形引起的能量消耗很小，因而对总摩擦阻力的 影响很小，故可忽略不计，因此摩擦阻力可用下式表达：
F = F 剪 + F犁
摩擦磨损优秀PPT文档
机油：动物油、植物油 润滑油 矿物油：来源充足、价格低廉、用途广。
化学合成油
◆主要性能指标：
粘度—表征液体流动的内摩擦性能；
润滑性（油性）：润滑性是指润滑油中极性分 子与金属表面吸附形成一层边界油膜，以减小 摩擦和磨损损性能。
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑装置
极压性：极压性能是润滑油中加入硫、氯、磷的有机极性 化合物事，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的 化学反应边界发出闪光时的最低温度，称为油的闪点。
◆混合摩擦：摩擦面间同时存在着边界摩擦和流体摩擦的 混合状态。
混合摩擦
§4-2 磨损
一、磨损过程 磨损大致分为三个阶段：
1、磨合阶段 2、稳定磨损阶段 3、剧烈磨损阶段
磨 损 量
磨合阶段 稳定磨损阶段
剧烈磨损阶段
二、磨损种类 按磨损机理分为以下几种： 1、粘附磨损（胶合磨损）
§4-2 磨损
2、疲劳磨损（点蚀）
3、磨粒磨损
§4-2 磨损
4、腐蚀磨损：在摩擦过程中，与周围介质发生化学反应 或电化学反应的磨损。 5、流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损（冲蚀磨损）
闪点：油在标准仪器中加热蒸发出的油汽，一遇火焰即能发出闪光时的最低温度，称为油的闪点。 钙基润滑脂：良好抗水性、但耐热能力差，工作温度不宜超过55～65 ℃。
主要性能指标：
◆锥入度（稠度）：重的标准锥体，于25℃恒温下， 由润滑脂表面经5s后刺入的深度。
◆滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯 的孔口滴下第一滴时的温度叫润滑脂的滴点。
滴点决了润滑油的工作温度。
选择润滑脂品种的一般原则： ◆压力高和滑动速度低时，选用针入度小品种。 ◆滴点一般较轴承的工作温度高20℃~30℃，以免工作 时润滑剂过多地流失。 ◆潮湿环境下，应选用钙基或铝基润滑脂。
磨损及磨损机理
第三章磨损及磨损机理概述物体摩擦外表上的物质，由于外表相对运动而不断损失的现象称磨损。
在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：a.跑合〔磨合〕阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。
b.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。
c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。
〔如图3.1〕机件磨损是无法防止的。
但，如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。
影响磨损的因素很多，例如相互作用外表的相对运动方式(滑动，滚动，往复运动，冲击)，载荷与速度的大小，外表材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种外表处理工艺，外表几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法)，环境条件(温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等)和工况条件(连续或间歇工作)等。
这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。
磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律解释清楚。
已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。
如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙外表在接触摩擦过程中相互接近，而一个外表上的原子被另一个外表俘获的现象就是磨损。
霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限σb(即硬度)对耐磨性的影响很大。
50年代初，奥贝尔(Oberle)从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H外，还有材料的弹性模量E。
处在弹性极限内的，变形越大，机械破坏越少，并提出用模数(m＝E/H×105)来反映材料的耐磨性，m值高则耐磨性好。
冯(Feng)提出了机械性质相近的两外表上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观点。
布洛克(Blok)认为软钢外表变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。
拉宾诺维奇认为外表能与材料硬度之比，对于磨损是一个重要因素，它可能影响磨屑的大小。
摩擦磨损原理固体的表面特性
2 表面张力 (biǎomiànzhānglì)与表
面能
固体表面上的原子比其内部的原子具有较高的势 能，固体表面的所有原子势能的总和称为固体表面 能或表面自由(zìyóu)能。单位为J／m2或N／m。
固体表面的原子在固体内部引力作用下有从其表 面进入固体内部的趋向，同时使其表面的面积尽量 收缩，这种使表面收缩而沿固体表面切向作用的力 叫做表面张力。
第一页，共69页。
1 洁净(jiéjìng)的固体表
面
1.1 金属的晶体(jīngtǐ) 结构
通常，金属在固态下都 是 晶 体 (jīngtǐ) ， 其 原 子均为有规则的周期性 重复排列、晶体(jīngtǐ) 结构是指组成晶体 (jīngtǐ)的物质质点(分 子、原子、离子、原子 集团)依靠一定的结合键 在三维空间做有规律的
3种典型金属(jīnshǔ)晶体结构特征
以上(yǐshàng)所述都是理想晶体的结构，即把金属晶体中的原子排列看 作是规则的、完整的，而且每个原子都是在阵点上静止不动的。然而，实 际上金属晶体由于原子热振动，以及受到温度、辐射、压力加工等各种外 界条件影响，在原子规则排列区中常出现原子排列的不规则区，这些不规 则区称为“晶体缺陷”。
这种“金属皂膜”不 仅(bùjǐn)有较低的切 变强度，相对说来也 有比较高的熔点。硬 脂酸的熔点是69℃， 而金属皂膜的熔点约 为120℃。
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物理吸附(xīfù)和化学吸附(xīfù)的比 较
用于判别化学吸附和物理吸附的另一个判据是活化能。当 产生化学吸附时，需要有一定的活化能。这可能是由于存在一 个温度界限的缘故，低于此界限就不会发生化学吸附。
第十页，共69页。
❖线缺陷 (quēxiàn) 位错可视为晶体中一部分晶体相对于另一部分