《材料的摩擦特性》PPT课件.ppt

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1、第五章材料的摩擦金属材料的摩擦非金属材料的摩擦层状固体的摩擦减摩材料摩阻材料金属材料的摩擦材料相容性拉宾诺维奇发现，纯金属组合之间的摩擦系数μ与摩擦对之间的粘着能Wab及较软金属的压入硬度P之间存在下述关系：c1为一与表面几何特性有关的常数。Wab＝γa＋γb－γabWab的最大值应为(γa＋γb)，而最小值是零。可以把上式改写成Wab＝c2(γa＋γb)c2是介于1与零之间的常数。材料相容性上式表明，摩擦系数与表面能对软金属硬度的比值有关。比值越大，摩擦系数越大；反之越小。相容性参数c2越大（趋近1时）摩擦系数也越大。为了了解相容性参数的物理意义，拉宾诺维奇把二

2、百多对金属组合，按其二元相图的特征进行了分类。发现它们有的具有较大互溶度，有的只有很小互溶度，而有的完全不互溶。并且发现金属对之间互溶度大的，摩擦系数大，相容性参数c2也大。因此，他认为相容性参数c2是与互溶度有关。对于同种金属组成的摩擦副，其相容性参数定义为1。金属表层在摩擦过程中的变化在力和热的共同作用下，将使摩擦表面发生一系列变化。这些变化主要有：1)表面几何形状的变化；2)亚表层晶体缺陷及组织结构的变化；3)表面化学成分的变化。1.摩擦表面几何形状的变化（1）平衡粗糙度摩擦副滑动时，表面粗糙度不断改变而趋于一个稳定值。原来粗糙的表面可能变得光滑，而原来光滑

3、的表面也可能变得粗糙。同一种材料在相同外部条件下发生摩擦时，经过几个小时的磨合，其表面都会达到同样的粗糙度。人们把在摩擦磨损过程中，除了摩擦初期外，在任何后继过程中都会重复出现的固定不变的粗糙度称为“平衡粗糙度”。平衡粗糙度可理解为在磨合结束后，摩擦状态不变时在摩擦接触面上新形成的粗糙度。而且平衡粗糙度与原始粗糙度无关。（2）塑性变形摩擦表面的塑性变形是通过微凸体间的相互作用造成的，其变形特点:1)摩擦表面的接触先发生在较高的微凸体上，外力加大，接触的微凸体数目增多，且接触的微凸体发生弹塑性变形。各微凸体上变形的程度不一；2)摩擦表面的塑性变形是不连续的、反复发生

4、的。其程度由摩擦工况条件决定；3)摩擦表面的接触状态决定了应力状态的不均匀性，这将导致巨大的微观应力；4)摩擦表面的近表层(10～100nm)，塑性变形使组织呈强烈的方向性，产生表面层织构；5)摩擦表面晶体缺陷密度大。表面层发生的变化摩擦金属表面的塑性变形将使该表面层发生一系列物理和力学性质的变化以及组织结构的变化，如：1)使表面产生加工硬化；2)形成变形织构，增大内应力；3)表面晶粒明显细化，亚晶尺寸减小，即发生恢复和再结晶，甚至有时在表层形成微薄熔化层；4)由于变形和摩擦温升的共同作用，可使摩擦表面产生二次淬火和二次回火，并促进表面扩散过程。摩擦表面组织结构的

5、变化摩擦过程中，表层中存在的复杂变形以及摩擦产生大量的热，会使表层中组织、结构发生很大变化。这包括位错大量增殖以及与之相连的胞状亚结构形成、表面织构形成、表层加工硬化以及恢复与再结晶，还有表面层内可能发生相变，甚至产生所谓的“白层”结构等等。（1）摩擦过程中表层相结构的变化1)同素异构转变2)二次淬火表层温度超过Ac1，奥氏体将形成，冷却时，奥氏体转变为更加稳定的相，如马氏体。这种由二次奥氏体转变得来的马氏体称为摩擦马氏体。这种过程称为二次淬火。如果在冷却时，奥氏体不发生马氏体相变而保持至室温，这种奥氏体称为摩擦奥氏体。摩擦奥氏体的特点是硬度高于原始（残余）奥氏体

6、的硬度。组织结构的变化3)二次回火淬火钢在摩擦热的作用下会发生二次回火，其回火程度取决于摩擦温度和时间等。快速回火组织具有下述的特征：a)马氏体分解后形成的α相是具有高弥散性与高应力状态的亚组织，并且具有高的显微硬度；b)残余奥氏体分解和碳化物质点的聚集受阻；c)原始组织的位向不变。组织结构的变化4)碳化物的溶解与析出α＋K→γ→α＋K其中α－－铁素体或马氏体；γ－－奥氏体；K－－弥散碳化物。a)固溶体中碳浓度的变化可能使材料局部微区的耐磨性发生变化；b)在摩擦时析出的石墨可起润滑作用。5)再结晶6)逆变马氏体（2）白层白层是摩擦表面常见到的一层与基体组织明显不同

7、的组织形态，它硬度高、难以腐蚀，在金相显微镜和扫描电镜下呈白亮色，故称为“白层”或“白亮层”。白层的存在范围十分广泛。但是白层产生的条件以及它的相组成和性能到目前为止尚不很清楚。一般认为白层主要是由塑性流动、急冷急热、表面反应三种作用所致。白层有两种形态，一种是均匀而不易腐蚀的薄白亮层，称为均匀白层；另一种是白亮层与暗带相间的带状白层。白层厚度都在30～120μm之间。均匀白层的显微硬度明显高于带状白层，白层硬度高达Hv1000。白层一般认为白层是一种复杂的多相高弥散组织，其中含有奥氏体、马氏体和碳化物。迄今为止对白层提出的各种组织上的推测是：a)马氏体或马氏体为

8、主的组织；