磨损及磨损理论.ppt
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摩擦学基础知识摩擦学基础知识磨损及磨损理论磨损及磨损理论第一节第一节概概述述任何机器运转时,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,而生摩擦,而磨损正是由于摩擦产生的结果磨损正是由于摩擦产生的结果。
由于磨损,将造成。
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,世界能源的研究材料的磨损。
据不完全统计,世界能源的1312消耗消耗于摩擦,而机械零件于摩擦,而机械零件80失效原因是磨损。
失效原因是磨损。
轮胎压痕轮胎压痕(SEM5000X)摩擦痕迹摩擦痕迹(350X)所所以以磨磨损损是是机机器器最最常常见见、最最大大量量的的一一种种失失效效方方式式。
据据调调查查,联联邦邦德德国国在在19741974年年钢钢铁铁工工业业中中约约有有3030亿亿马马克克花花费费在在维维修修上上,其其中中直直接接由由于于磨磨损损造造成成的的损损失失占占47%47%,停停机机修修理理所所造造成成的的损损失失与与磨磨损损直直接接造造成成的的损损失失相相当当,如如果果再再加加上上后后续续工工序序的的影影响响,其其经经济济损损失失还需加上还需加上10%10%一一20%20%。
1.1磨损研究的重要性与与与与摩摩摩摩擦擦擦擦相相相相比比比比,磨磨磨磨损损损损要要要要复复复复杂杂杂杂得得得得多多多多。
直直直直到到到到目目目目前前前前磨磨磨磨损损损损的的的的机机机机理理理理还还还还不不不不十十十十分分分分清清清清楚楚楚楚,也也也也没没没没有有有有一一一一条条条条简简简简明明明明的的的的定定定定量量量量定定定定律律律律。
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对对对对机机机机器器器器磨磨磨磨损损损损的的的的预预预预测测测测能能能能力力力力也也也也很很很很差差差差。
对对对对于于于于大大大大多多多多数数数数不不不不同同同同系系系系统统统统的的的的材材材材料料料料,在在在在空空空空气气气气中中中中的的的的摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数大大大大小小小小相相相相差差差差不不不不超超超超过过过过20202020倍倍倍倍,而而而而磨磨磨磨损损损损率率率率之之之之差差差差却却却却很很很很大大大大,如如如如聚聚聚聚乙乙乙乙烯烯烯烯对对对对钢钢钢钢的磨损和钢对钢的磨损之比可相差的磨损和钢对钢的磨损之比可相差的磨损和钢对钢的磨损之比可相差的磨损和钢对钢的磨损之比可相差101010105555倍。
倍。
倍。
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磨磨磨磨损损损损似似似似乎乎乎乎比比比比摩摩摩摩擦擦擦擦具具具具有有有有更更更更大大大大的的的的复复复复杂杂杂杂性性性性和和和和敏敏敏敏感感感感性性性性。
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影响因素有利于实现对磨损的控制。
影响因素有利于实现对磨损的控制。
影响因素有利于实现对磨损的控制。
1.2磨损研究的进展磨磨损损的的研研究究工工作作开开展展得得较较迟迟,本本世世纪纪50年年代代初初期期在在工工业业发发展展国国家家开开始始研研究究“粘粘着着磨磨损损”理理论论,探探讨讨磨磨损损机机理理。
1953年年美美国国的的J.F.Archard提提出出了了简简单单的的磨磨损损计计算算公公式式,1957年年苏苏联联的的克克拉拉盖盖尔尔斯斯基基提提出出了了固固体体疲疲劳劳理理论论和和计计算算方方法法,1973年美国的年美国的N.P.Suh提出了提出了磨损剥层理论磨损剥层理论。
2020世纪世纪6060年代后,由于电子显微镜、光谱仪、能谱仪、年代后,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,使得术、铁谱技术等大量的综合的应用,使得磨损研究在磨损力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,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、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。
损过程,从而寻求提高机器寿命的可能途径。
1.31.3磨损定义:
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。
面物质不断损失或产生残余变形和断裂的现象。
表面物质运动主要包括机械运动、化学作用和热作用。
表面物质运动主要包括机械运动、化学作用和热作用。
(1)
(1)机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表面变形。
机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表面变形。
(2)
(2)化学作用使摩擦表面发生性状的改变。
化学作用使摩擦表面发生性状的改变。
(3)(3)热作用使摩擦的表面发生形状的改变。
热作用使摩擦的表面发生形状的改变。
(4)(4)造成各种磨损的产生其他作用。
造成各种磨损的产生其他作用。
v定义说明定义说明磨磨损损并并不不局局限限于于机机械械作作用用,由由于于伴伴同同化化学学作作用用而而产产生生的的腐腐蚀蚀磨磨损损;由由于于界界面面放放电电作作用用而而引引起起物物质质转转移移的的电电火火花花磨磨损损;以以及及由于伴同热效应而造成的由于伴同热效应而造成的热磨损热磨损等现象都在磨损的范围之内;等现象都在磨损的范围之内;定定义义强强调调磨磨损损是是相相对对运运动动中中所所产产生生的的现现象象,因因而而,橡橡胶胶表表面面老老化、材料腐蚀等非相对运动中的现象不属于磨损研究的范畴;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;v定义说明定义说明磨磨损损发发生生在在物物体体工工作作表表面面材材料料上上,其其它它非非界界面面材材料料的的损损失失或破坏,不包括在磨损范围之内;或破坏,不包括在磨损范围之内;磨磨损损是是不不断断损损失失或或破破坏坏的的现现象象,损损失失包包括括直直接接耗耗失失材材料料和和材材料料的的转转移移(材材料料从从一一个个表表面面转转移移到到另另一一个个表表面面上上去去),破破坏坏包包括括产产生生残残余余变变形形,失失去去表表面面精精度度和和光光泽泽等等。
不不断断损损失失或或破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。
坏则说明磨损过程是连续的、有规律的,而不是偶然的几次。
1.41.4磨损的危害:
磨损的危害:
(1)
(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,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,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。
影响零件的加工精度。
(2)
(2)降低机器的效率,消耗能量。
如柴油机缸套的磨损,导致功降低机器的效率,消耗能量。
如柴油机缸套的磨损,导致功率不能充分发挥。
率不能充分发挥。
(3)(3)减少机器的可靠性,造成不安全的因素。
如断齿、钢轨磨损。
减少机器的可靠性,造成不安全的因素。
如断齿、钢轨磨损。
(4)(4)消耗材料消耗材料,造成机械材料的大面积报废。
造成机械材料的大面积报废。
1.51.5研究内容:
研究内容:
v
(1)磨损类型及发生条件、特征和变化规律。
磨损类型及发生条件、特征和变化规律。
v
(2)影响磨损各种因素,包括材料、表面形影响磨损各种因素,包括材料、表面形态、态、环境、环境、滑动速度、载荷、温度等。
滑动速度、载荷、温度等。
v(3)磨损的物理模型、计算及改善措施。
磨损的物理模型、计算及改善措施。
v(4)磨损的测试技术与实验分析方法。
磨损的测试技术与实验分析方法。
表面被磨平,表面被磨平,实际接触面实际接触面积不断增大,积不断增大,表面应变硬表面应变硬化,形成氧化,形成氧化膜,磨损化膜,磨损速率减小。
速率减小。
斜率就是磨损速率,唯一稳定值;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(大多数机件在稳定磨损阶段(AB段)服役;段)服役;磨损性能是根据机件在此阶段磨损性能是根据机件在此阶段的表现来评价。
的表现来评价。
随磨损的增长,磨耗随磨损的增长,磨耗增加,表面间隙增大,增加,表面间隙增大,表面质量恶表面质量恶化,机件快速失效。
化,机件快速失效。
1.61.6磨损过程的一般规律:
磨损过程的一般规律:
1、磨损过程分为三个阶段、磨损过程分为三个阶段:
非典型磨损曲线非典型磨损曲线2.磨损特性曲线磨损特性曲线典型浴盆曲线典典型浴盆曲线典型浴盆曲线型浴盆曲线1.7磨损类型磨损类型1、磨损磨损类型类型其其他他磨磨损损类类型型破坏方式破坏方式基基本本特特征征微动磨损微动磨损磨磨损损表表面面有有粘粘着着痕痕迹迹,铁铁金金属属磨磨屑屑被被氧氧化化成成红红棕棕色色氧氧化化物物,通通常作为磨料加剧磨损。
常作为磨料加剧磨损。
剥剥层层破破坏坏首首先先发发生生在在次次表表层层,位位错错塞塞积积,裂裂纹纹成成核核,并并向向表表面面扩扩展展,最后材料以薄片状剥落,形成片状磨屑。
最后材料以薄片状剥落,形成片状磨屑。
胶胶合合表表面面存存在在明明显显粘粘着着痕痕迹迹和和材材料料转转移移,有有较较大大粘粘着着坑坑块块,在在高高速速重载下,大量摩擦热使表面焊合,撕脱后留下片片粘着坑。
重载下,大量摩擦热使表面焊合,撕脱后留下片片粘着坑。
咬咬死死黏黏着着坑坑密密集集,材材料料转转移移严严重重,摩摩擦擦副副大大量量焊焊合合,磨磨损损急急剧剧增增加加,摩擦副相对运动受到阻碍或停止。
摩擦副相对运动受到阻碍或停止。
点点蚀蚀材料以极细粒状脱落,出现许多材料以极细粒状脱落,出现许多“豆斑豆斑”状凹坑。
状凹坑。
研研磨磨宏观上光滑,高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。
宏观上光滑,高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。
划划伤伤低倍可观察到条条划痕,由磨粒切削或犁沟造成。
低倍可观察到条条划痕,由磨粒切削或犁沟造成。
凿凿削削存在压坑,间或有粗短划痕,由磨粒冲击表面造成存在压坑,间或有粗短划痕,由磨粒冲击表面造成22、表面破坏方式及特征表面破坏方式及特征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。
作为磨料加剧磨损。
表面存在明显粘着痕迹和材料转移,有较大粘着坑块,在高速重表面存在明显粘着痕迹和材料转移,有较大粘着坑块,在高速重载下,大量摩擦热使表面焊合,撕脱后留下片片粘着坑。
载下,大量摩擦热使表面焊合,撕脱后留下片片粘着坑。
黏着坑密集,材料转移严重,摩擦副大量焊合,磨损急剧增加,黏着坑密集,材料转移严重,摩擦副大量焊合,磨损急剧增加,摩擦副相对运动受到阻碍或停止。
摩擦副相对运动受到阻碍或停止。
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