磨损的计算方法

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1、磨损的计算方法参考教材：<<摩擦磨损与抗磨技术>>张剑锋周志方someone2012.3.13目录当代磨损理论简述磨损计算方法减少磨损与防止磨损的方法Theend第一节当代磨损理论简述近些年来，许多工业化国家非常重视对磨损产物的研究，特别是从微观的角度进行了深入细致的研究。这是因为，要真正了解磨损的过程，并进一步研究磨损的机理，就必须弄清楚磨屑是怎样形成的；其尺寸、形状和机械性能等与磨损过程和磨损状态究竟有什么关系。为此，人们首先通过扫描电子显微镜等现代化研究手段对磨屑进行了观察，发现磨屑的形状有片状、卷曲状、贝壳状和球状四类。此外，还研究了磨屑的显微硬度、相组成和组织。经

2、测试现，磨屑的显微硬度比两摩擦表面高许多。同时还用电子衍射法研究了20℃时在空气中形成的磨屑，实验是在销一环试验机上进行的，法向载荷Fn=62N、滑动速度Vc＝0.44m/s、滑动距离L＝1000m。经分析得知，45钢的磨屑是由ɑ一Fe、ɑ一Fe2O3、γ—Fe2O3和γ—Fe2O3.*H2O四种相组成的。另外，对磨屑的分析观察发现，它具有两个区域，一是亮区，在该区发现有球状碳化物聚集，其显微硬度很高，亮区又称为白层组织；另一是暗区，此区呈涡流状组织，这说明其塑性变形相当严重，在这个区域内、球状碳化物很少，其显微硬度较亮区低。为了解释磨损现象的共同本质，人们提出厂各种各样的新

3、理论。例如，磨损的剥层理论、磨损的疲劳理论、磨损的能量理论、磨损的分子理论和磨损的热波动强度理论等等。本文只对前三种理论进行简要介绍。—、磨损的剥层理论磨损的剥层理论是美国麻省理工学院的教授苏(N．P．suh)于1973年建立的。这一新理论是以金属的位错理论为基础的，它分析了亚表层金属的塑性变形与断裂行为。该理论叙述了导致薄而长的片状磨屑形成的过程，其要点如下：1．当接触的两表面滑动时，法向力和切向力是经接触点的粘着与犁沟作用传递的。较软表面上的微凸体容易产生塑性变形或被磨去，结果形成了比较光滑的表面。此时的接触情况变成了硬的凸峰与较软平面的接触，于是前者在后者上面犁沟并使平

4、面上每一接触点都经受着循环载荷。另外，硬微凸体在平面上施加的曳引力使表面产生周期性的塑性变形和位错运动，并且使变形和位错不断积累。2．当亚表层继续变形时，在位错堆积的应力作用下，裂纹和空穴便在亚表层形成核心，形成裂纹的深度与材料的性能和受载情况有关。图5—13是钢领跑道上亚表层所产生的裂纹。3．当继续施加载荷时，金属产生进一步的塑性剪切变形，而使裂纹之间以及裂纹与空穴之间相互连接与汇合，于是裂纹在接近表面的平行方向扩展，当扩展到临界长度时．裂纹与表面之间的材料被剪断，因而形成了薄而长的磨损碎片。在低速滑动下实验的结果与上述理论基本一致，它能从微观角度解释诸如粘着磨损、疲劳磨损

5、和微动腐蚀磨损的许多现象，但不能解释在高速下的磨损现象。二、磨损的疲劳理论表面疲劳是由循环变应力作用引起的一种破坏形式。当应力幅小于材料的弹性极限时，即在弹性接触条下，达到其疲劳破坏的循环次数一般要超过106；如果应力大于材料的弹性极限，即在塑性接触条件下，其应力循环次数只需几次或十几次即可发生破坏，因此，这种破坏常称为低循环疲劳破坏。苏联的克拉盖尔斯基是提出磨损疲劳理论最早的学者。他的理论为：1．由于实际表面存在着粗极度，当二表面相互作用时，其接触是不连续的，各接触点之和组成了其实际接触面积；2．两表面在法向力作用下，实际接触点上便会产生局部应力和局部变形；3．当两表面产生

6、相对滑动时，由于摩擦力的作用，接触区表面材料的性能将发生变化；与此同时，表层材料的固定体积会受到交变应力的多次重复作用，因而使之受到积累损伤，结果导致微观体积内产生疲劳裂纹，最后裂纹扩展，汇合形成磨屑而脱落。该理论不仅适用于疲劳磨损，而且也可以用来分析磨料磨损和粘着磨损。另外，这种理论不仅可以应用于金属材料，而且还可以应用于某些非金属材料(如石墨、橡胶等)。三、磨损的能量理论磨损的能量理论首先是由弗利舍(G．Fleisher)提出来的。他认为能量的转化是产生磨损的主要原因，磨损现象与材料的断裂能量之间有一定的关系。摩擦副运动时要产生摩擦力，而摩擦力是由各种外部条件(如法向载荷

7、、滑动速度以及热过程等)参与到相互接触的元素(如表面微凸体、亚表层和介质等)中去，并不断相互作用而引起的。输入到摩擦副的能量一定大于它输出的能量，其差值即是摩擦所消耗的能量。对金属材料而言，摩擦力所作功的主要部分消耗在塑性变形上，并以热的形式散失。而摩擦功的一小部分(约占总摩擦功的9~16％)则以潜在内能的形式积蓄在材料中，它表现为结晶的位错。为了使磨屑与基体材料分离，必须在材料的一定体积内积累足够的内能。当能量达到临界值时，该体积内的材料即发生塑性流动或形成裂纹，此时内能减少，经过多次这样的临界循环作