《磨损及磨损理论》PPT课件.ppt

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1、磨损及磨损理论一、概述1、磨损定义：相互接触的物体在相对运动中，表层材料不断损失、转移或产生残余变形的现象称为磨损，它是伴随着摩擦而产生的必然结果。有些磨损是有益的，如“研磨”，可使零件表面粗糙度减小，使刀刃变得锋利。但是，据统计，约有80%左右的机械零件是由于磨损而报废或失效。磨损不仅消耗材料，浪费能源，并直接影响到机器的寿命和可靠性。固此，对磨损的研究引起了人们的极大关注。2、磨损研究的主要内容：(1)主要磨损类型的发生条件、特征和变化规律;(2)磨损的影响因素,包括摩擦副材料、表面形态、润滑状况、环境条件,以及滑

2、动速度、载荷、工作温度等工况参数;(3)磨损的模型与磨损计算;(4)提高材料耐磨性的措施;(5)磨损研究的测试技术与实验分析方法。3、磨损过程零件的正常磨损过程大致可分为三个阶段：Ⅰ：跑合阶段；Ⅱ：稳定磨损阶段；Ⅲ：剧烈磨损阶段Ⅰ：跑合阶段出现在摩擦副的初始运动阶段，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。在一定载荷作用下，摩擦表面逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，磨损速度逐渐减慢，如图所示。Ⅱ稳定磨损阶段：出现在摩擦副的正常运行阶段。经过跑合，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，实际接触面积增大，

3、压强降低，从而建立了弹性接触的条件，这时磨损已经稳定下来，如图所示，磨损量随时间增大缓慢增大。Ⅲ剧烈磨损阶段：由于摩擦条件发生较大的变化(如温度的急剧增高，金属组织的变化等)，磨损速度急剧增加。这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪音及振动，最后导致零件完全失效。**从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段”。二、磨损的分类1、粘着磨损(1)定义当摩擦副相对滑动时,由于粘着效应所形成的结点发生剪切断裂，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面的现象称为粘着磨损。(2)粘着磨损机理当摩

4、擦副接触时，接触首先发生在少数几个独立的微凸体上。因此，在一定的法向载荷作用下，微凸体的局部压力就可能超过材料的屈服压力而发生塑性变形，继而使两摩擦表面产生粘着；此后，在相对滑动过程中，如果粘着点的剪切发生在界面，则磨损轻微；如果剪切发生在界面以下，则材料就会从一个表面转移到另外一表面，继续滑动，一部分转移的材料分离，从而形成游离磨粒。**接触-塑性变形-粘着-剪断粘着点-材料转移-再粘着，循环不断进行，构成粘着磨损过程。(3)四种典型的粘着磨损根据粘着点的强度和破坏位置不同，粘着磨损有几种不同的形式，从轻微磨损到破坏

5、性严重的胶合磨损。它们的磨损形式、摩擦系数和磨损度虽然不同，但共同的特征是:出现材料迁移，以及沿滑动方向形成程度不同的划痕。a.轻微磨损粘着强度比摩擦副的两金属基体强度低时，剪切发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻微。此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料迁移也不显著。通常在金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生轻微粘着摩损。b.涂抹粘着强度大于摩擦副中较软金属的强度，小于较硬金属的强度。剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹(粘附)在硬金属表面上。这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨

6、损程度加剧。c.擦伤粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。剪切主要发生在软金属的亚表层内，有时也发生在硬金属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物又刮削软金属表面，使软金属表面出现划痕，所以擦伤主要发生在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。d.咬合如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且粘着点面积较大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如果滑动继续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增，极易出现局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。这种破坏

7、性很强的磨损形式，应力求避免。(4)简单粘着磨损计算(Archard模型)上图为粘着磨损模型，假设摩擦副的一方为较硬的材料，摩擦副另一方为较软的材料；法向载荷W由n个半径为a的相同微凸体承受。则当材料产生塑性变形时，法向载荷W与较软材料的屈服极限σs之间的关系：(1)当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产生的磨屑为半球形,其体积为(2/3)πa3，则单位滑动距离的总磨损量(即磨损率，通常用于判断材料磨损的快慢程度)为:(2)由(1)和(2)式，可得：(3)式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出。如

8、果考虑到微凸体相互产生磨粒的概率数K和滑动距离L，则接触表面的粘着磨损量表达式为：(3)(4)由(4)式可得粘着磨损的三个定律：①材料磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件②材料磨损量与法向载荷成正比：适用于有限载荷范围③材料磨损量与较软材料的屈服极限σy(或硬度H)成反比由于对于弹性材料σs≈H/3，H为布氏硬度值，则式(4)可