磨损及磨损理论课件.ppt

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1、摩擦学基础知识—磨损及磨损理论第一节概述任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用寿命。从材料学科特别是从材料的工程应用来看，人们更重视研究材料的磨损。据不完全统计，世界能源的1／3～1／2消耗于摩擦，而机械零件80％失效原因是磨损。轮胎压痕(SEM5000X)摩擦痕迹(350X)所以磨损是机器最常见、最大量的一种失效方式。据调查，联邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，

2、其中直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失还需加上10%一20%。1.1磨损研究的重要性与摩擦相比，磨损要复杂得多。直到目前磨损的机理还不十分清楚，也没有一条简明的定量定律。对大多数机器来说，磨损比摩擦显得更为重要，实际上人们对磨损的理解远远不如摩擦。对机器磨损的预测能力也很差。对于大多数不同系统的材料，在空气中的摩擦系数大小相差不超过20倍，而磨损率之差却很大，如聚乙烯对钢的磨损和钢对钢的磨损之比可相差105倍。磨损似乎比摩擦具

3、有更大的复杂性和敏感性。在具体的工作条件下，影响因素是十分复杂的，它包括工作条件、环境因素、介质因素和润滑条件以及零件材料的成分、组织和工作表面的物理、化学、机械性能等，了解影响因素有利于实现对磨损的控制。1.2磨损研究的进展磨损的研究工作开展得较迟，本世纪50年代初期在工业发展国家开始研究“粘着磨损”理论，探讨磨损机理。1953年美国的J.F.Archard提出了简单的磨损计算公式，1957年苏联的克拉盖尔斯基提出了固体疲劳理论和计算方法，1973年美国的N.P.Suh提出了磨损剥层理论。20世纪60年

4、代后，由于电子显微镜、光谱仪、能谱仪、俄歇谱仪以及电子衍射仪等测试仪器和放射性同位素示踪技术、铁谱技术等大量的综合的应用，使得磨损研究在磨损力学、机理、失效分析、监测及维修等方面有了较快的发展。把磨损试验机直接装在电子显微镜内进行观察和电视录像，了解磨损的动态过程；研究磨损的表面，次表面及磨屑形貌、成分、组织和性能的变化，以搞清磨损机理，分析和监测磨损过程，从而寻求提高机器寿命的可能途径。1.3磨损定义：磨损是摩擦副相对运动时，在摩擦的作用下，材料表面物质不断损失或产生残余变形和断裂的现象。表面物质运动主

5、要包括机械运动、化学作用和热作用。(1)机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表面变形。(2)化学作用使摩擦表面发生性状的改变。(3)热作用使摩擦的表面发生形状的改变。(4)造成各种磨损的产生其他作用。定义说明①磨损并不局限于机械作用，由于伴同化学作用而产生的腐蚀磨损；由于界面放电作用而引起物质转移的电火花磨损；以及由于伴同热效应而造成的热磨损等现象都在磨损的范围之内；②定义强调磨损是相对运动中所产生的现象，因而，橡胶表面老化、材料腐蚀等非相对运动中的现象不属于磨损研究的范畴；定义说明③磨损发生在物体工作表

6、面材料上，其它非界面材料的损失或破坏，不包括在磨损范围之内；④磨损是不断损失或破坏的现象，损失包括直接耗失材料和材料的转移(材料从一个表面转移到另一个表面上去)，破坏包括产生残余变形，失去表面精度和光泽等。不断损失或破坏则说明磨损过程是连续的、有规律的，而不是偶然的几次。1.4磨损的危害：(1)影响机器的质量，减低设备的使用寿命。如齿轮齿面的磨损，破坏了渐开线齿形，传动中导致冲击振动。机床主轴轴承磨损，影响零件的加工精度。(2)降低机器的效率，消耗能量。如柴油机缸套的磨损，导致功率不能充分发挥。(3)减少

7、机器的可靠性，造成不安全的因素。如断齿、钢轨磨损。(4)消耗材料,造成机械材料的大面积报废。1.5研究内容：(1)磨损类型及发生条件、特征和变化规律。(2)影响磨损各种因素，包括材料、表面形态、环境、滑动速度、载荷、温度等。(3)磨损的物理模型、计算及改善措施。(4)磨损的测试技术与实验分析方法。表面被磨平，实际接触面积不断增大，表面应变硬化，形成氧化膜，磨损速率减小。斜率就是磨损速率，唯一稳定值；大多数机件在稳定磨损阶段（AB段）服役；磨损性能是根据机件在此阶段的表现来评价。随磨损的增长，磨耗增加，表面

8、间隙增大，表面质量恶化，机件快速失效。1.6磨损过程的一般规律：1、磨损过程分为三个阶段:非典型磨损曲线2.磨损特性曲线典型浴盆曲线典型浴盆曲线1.7磨损类型1、磨损类型其他磨损类型破坏方式基本特征微动磨损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。剥层破坏首先发生在次表层，位错塞积，裂纹成核，并向表面扩展，最后材料以薄片状剥落，形成片状磨屑。胶合表面存在明显粘着痕迹和材料转移，有较大粘着坑块，在