1-材料性能学(6-1,2,3,4)(精)

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磨粒磨损
• 磨粒磨损量的数学表达式为：
W= KpL/3πσsc ≈ KpLtanθ/Hv
式中：p为接触压力；L为滑动距离；θ为磨粒与摩 擦面的夹角，与磨粒形状有关；Hv为材料硬度； K为系数(与磨粒形状、取向等因素有关)。
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磨粒磨损 • 磨粒磨损的影响因素十 分复杂：基体材料的力 学性能（硬度与韧性） 、基体显微组织和磨粒 硬度等。 • 对金属材料来说，一般 材料硬度越高，抗磨粒 磨损性能就越好。
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二、磨粒磨损
• 磨粒磨损又称为磨料磨损， 是摩擦副的一方坚硬的细微 凸起或在接触面间存在硬质 粒子（从外界进入或从表面 剥落）时产生的磨损。 • 两体磨损、三体磨损 • 磨粒磨损分类：凿削式、高 应力碾碎式、低应力擦伤式 • 磨粒磨损的特征是摩擦表面 出现有擦伤或因明显梨皱形 成的沟槽。
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粘着磨损 • 粘着磨损的表面特征：
机件表面有大小不等的结疤
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粘着磨损
粘着点断裂的两种形式： • 粘着点结合强度低于两侧材料，则接触点断裂。磨 损量较小，摩擦面显得较平滑，只有轻微擦伤。锡 基合金与钢的滑动就属此类型。 • 粘着点的结合强度高于两侧材料，断裂发生在强度 较差的一侧，粘着点保留在强度较高的材料上，形 成更大的凹坑和凸台，使接触面显得越来越粗糙， 造成磨损速率加大，甚至出现咬死现象。如铅基合 金轴瓦与钢轴之间的滑动粘着磨损就属于此类。
做对的事情比把事情做对更重要。
第六章 材料的磨损性能
河海大学机电工程学院
• 摩擦磨损是工程材料失效的主要因素之一 • 因机件的相对运动产生摩擦，导致磨损 • 摩擦→→磨损→→降低使用寿命、增加能耗、产 生噪音和振动、影响环境。
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本章主要内容
• 介绍材料摩擦磨损机理、摩擦磨损试验测试方 法以及提高材料摩擦磨损性能的主要途径。 • 重点要掌握材料摩擦磨损的机理和提高材料摩 擦磨损性能的主要途径。
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第二节
磨损的基本过程
一、粘着磨损 • 凹凸不平的表面，少数微凸体的尖顶产生很高的 应力，超过屈服点而发生塑性变形。 • 若接触面上的油膜、氧化膜等保护膜被破坏，裸 露的凸体直接与对磨面接触，摩擦热使凸体与接 触的对磨材料直接熔合。 • 相对运动，使熔合点被拉开、脱落，形成磨屑。 • 新的凸体将成为新的粘着点，如此反复，使工件 不断磨损。 • 易发生条件：摩擦副相对滑动速度小，接触面氧 化膜脆弱，润滑条件差，接触应力大…
磨粒磨损
• 磨粒对表面的作用力分法向力和切向力。主要
作用是使材料表面产生应力集中。 • 法向力在表面形成压痕，切向力推动颗粒前进。 在一定的条件下（压力、颗粒形貌、相位），颗 粒才会象刀具一样切削表面。 • 圆钝颗粒或软材料，颗粒划出槽沟，材料产生塑 性变形并不脱落。随后的摩擦又将槽沟两侧堆积 部分压平，如此反复地变形、堆积、压平，便导 致形成裂纹并引起剥落。 • 脆性材料则较容易剥落，形成槽沟。
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3、磨损的3个阶段： • 跑合阶段：表面逐步磨平， 实际接触面积不断增大磨损 速率不断减小。 • 稳定磨损阶段：磨损量呈线 性，磨损速率为一定值。工 件服役阶段，跑合越好，磨 损速率越低。 • 剧烈磨损阶段：摩擦接触面 间隙增大，机件的振动加剧 ，润滑膜或保护层被损坏， 机件表面被恶化，磨损速率 迅速加大。
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磨损的基本类型 • 按工作环境来分有：润滑磨损、干磨损、磨粒磨 损和和腐蚀磨损等。 • 按机理来分主要有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨 损和疲劳磨损（接触疲劳）等。——摩擦面损伤 和破坏形式不同。 • 腐蚀磨损是材料与周围环境发生化学或电化学反 应的结果，这里就不讨论了。本章主要讲粘着磨 损、磨粒磨损和疲劳磨损。
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2、磨损 • 摩擦运动的结果是产生磨屑，即产生磨损。 • 磨屑的形成也是材料发生变形和断裂的过程。 • 材料的磨损过程除造成材料损失外，还将发生 一系列物理、化学状态的变化，如形变硬化（ 高锰钢履带）和摩擦热引起的相变（淬火钢中 的残余奥氏体转变为马氏体）等。这些变化将 影响材料的摩擦磨损性能。
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第一节
磨损的基本概念及类型
1、摩擦 • 机械零件的表面在显微镜下观察是高低不平的。 • 高低不平的两个接触面相对运动时，就产生阻力
• 接触物产生阻碍运动的现象就叫摩擦，阻碍运动 的力称为摩擦力。它与接触法向压力（p）和摩 擦系数（μ）的关系为： F=μp
• 摩擦的害处：磨损、消耗能量、降低机器性能。 • 摩擦的益处：行走、车辆制动等。
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弹性模量的影响
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复习
• • • • • • • 提高金属疲劳性能有哪些措施？ 什么是热疲劳？有哪些因素影响材料热疲劳性能？ 磨损过程分哪三个阶段？ 磨损的基本类型有哪些？ 什么是粘着磨损？它的表面特征是什么？ 粘着磨损中，粘着点断裂的形式有哪两种？ Archard公式是什么？它表明磨损与什么因素有关？
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粘着磨损
• J. F. Archard提出了粘着磨损的估算方法。 • 设法向力p，微凸体接触数量n，粘着点平均直径 为d的球体。当n个接触点同时发生塑性变形时， 作用在接触点上的法向力p为： （6-2）
真实面积
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接触压缩屈服强度
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粘着磨损
• 只要滑动d距离，就有n个接触点发生了粘着磨损 ，故单位滑动距离内出现的接触点数为： N = n/d = 4p/(3πσsc d3 ) • 如接触点被拉出半球的几率是K，则滑动一段距 离后，总拉出的磨损量为：
K为粘着磨损系数
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• W≈KpL/3Hv 表明，粘着磨损量与接触压 力p、滑动距离L成正比，与 材料的硬度成反比。 Archard模型的适用性 • 当p ≤ 1/3摩擦副材料硬度时 ，适用。 • 当p＞σb时，K值急剧增大， 磨损量也急剧增加，造成大 面积的焊合和咬死。
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