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1、1,第2章 金属磨损基本理论 21 金属磨损基本概念 22 粘着磨损 23 磨料磨损 24 冲蚀磨损 25 微动磨损 26 疲劳磨损 27 腐蚀磨损,2,第2章 金属磨损基本理论 24 冲蚀磨损 一、冲蚀磨损的定义和分类 二、冲蚀磨损的影响因素,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,3,24 冲蚀磨损,材料受到小而松散的流动粒子冲击表面出现破坏的类磨损现象。 造成冲蚀的粒子通常都比较硬，但流动速度高时，软粒子甚至水滴也会造成冲蚀。,冲蚀磨损：,冲蚀是粒子冲击材料表面造成的破坏，粒子可以是固体、液体和气泡。 在它们冲击到固体表面则将会发生能量变换。被冲击的表面可能发生弹性或塑性变形。
2、,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,4,冲蚀现象的分类与工程实例,24 冲蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,5,冲蚀磨损表面能量分配关系,球丸正面冲击,球丸30冲击,立方块30冲击,24 冲蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,6,冲蚀磨损表面能量分配关系,24 冲蚀磨损,影响冲蚀率的主要因素： 环境参数粒子的速度、浓度、入射角、环境温度； 磨料性质如硬度、粒度、可破碎性; 材料性能如热物理性能和材料强度。,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,7,塑性材料气蚀时失重率与时间的关系,、孕育区、最大冲蚀率区、稳定区,24 冲
3、蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,8,24 冲蚀磨损,液滴冲蚀及气蚀实验结果表明： 典型的塑性材料失重_时间曲线分为三个区域：孕育区()、最大冲蚀率区()及稳定区()。 孕育期的长短表明材料从弹性变形到塑性破坏之间能够承受外加能量的程度。 最大冲蚀率区中表面上出现许多小坑，而且逐渐连接成片。此后，冲蚀率降低并趋于稳定，原因是经过冲蚀后的粗糙化表面足以保持一层水垫，在一定程度上缓解了液滴或气泡对表面的直接冲蚀。,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,9,液滴冲击破坏的过程：,24 冲蚀磨损,10,第2章 金属磨损基本理论,21 金属磨损基本概念 22 粘着磨损
4、 23 磨料磨损 24 冲蚀磨损 25 微动磨损 26 疲劳磨损 27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,11,微动损伤： 两表面间发生小振幅相对振动引起的磨损现象。 表面损伤具有以下三个特征： 1)具有引起微动的振动源； 2)磨痕方向一致，硬结斑和塑性变形以及微裂纹； 3)磨屑易于聚团、含有大量类似锈蚀产物的氧化物。,25 微动磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,12,2-27 微动磨损失重循环数曲线,25 微动磨损,四个阶段：金属转移和初始磨损曲线迅速上升的OA段；从剪切到磨粒参与磨损使曲线第二次向上弯曲的AB段；磨粒作用下降，从而减缓材料损失
5、的BC段；达到稳定磨损率的CD段。,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,13,微动磨损的发生与发展：,25 微动磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,14,如何利用微动磨损?,25 微动磨损,超声波焊接,15,第2章 金属磨损基本理论,21 金属磨损基本概念 22 粘着磨损 23 磨料磨损 24 冲蚀磨损 25 微动磨损 26 疲劳磨损 27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,16,疲劳磨损：,26 疲劳磨损,当接触体相互滚动或滑动时，在接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度时，在表面层将引起裂纹、并逐步扩展，最后裂纹以上的材料断裂剥落
6、的磨损过程。 例如：滚动轴承、齿轮、车轮、轧棍等,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,17,疲劳磨损包括：点蚀、剥落、剥层与擦伤,1点蚀与剥落 点蚀与剥落是机器零件表面上接触疲劳损伤的典型特征。点蚀裂纹一般都从表面开始，向内倾斜扩展(与表面成1030角)。 最后二次裂纹折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来即成点蚀，因此单个的点蚀坑的表面形貌常表现为“扇形”或“贝壳形”。,26 疲劳磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,18,点蚀裂纹扩展示意图,（裂纹方向背向接触点）,26 疲劳磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,19,点蚀形成过程示意图,26
7、 疲劳磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,20,点蚀形成过程框图,26 疲劳磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,21,不同运动形式下的最大剪应力分布,26 疲劳磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,22,接触表面的应力分布,26 疲劳磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,23,接触表面的应力分布,26 疲劳磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,24,疲劳磨损包括：点蚀、剥落、剥层与擦伤,2剥层与擦伤 滑动磨损中经常出现的种严重磨损形式； 定义为“以相对滑动表面间形成局部焊点为特征的严重磨损”。 所以，
8、有时也把擦伤现象称为粘着或胶合。,26 疲劳磨损,25,第2章 金属磨损基本理论,21 金属磨损基本概念 22 粘着磨损 23 磨料磨损 24 冲蚀磨损 25 微动磨损 26 疲劳磨损 27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,26,一、腐蚀对磨损的影响二、磨损对腐蚀的影响三、腐蚀磨损的分类四、影响腐蚀磨损的因素,27 腐蚀磨损,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,27,腐蚀磨损是腐蚀介质和磨料或硬质微凸体共同作用于表面引起材料损失的过程，在此过程中，金属可以离子形式及整体方式脱离材料表面。 其特点与单独作用有显著不同，腐蚀磨损量也远不是两
9、者简单叠加，它是材料受腐蚀和磨损综合作用的一种复杂的磨损过程。在分析这种磨损形式时，既要考虑材料受腐蚀和磨损影响的单独作用，更要注意它们的相互影响和交互作用。,27 腐蚀磨损,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,28,一、腐蚀对磨损的影响,在腐蚀磨损过程中，由于腐蚀介质的作用，材料表面的力学性能将受到影响，从而降低材料的耐磨性，如果腐蚀介质在材料表面生成的腐蚀产物是疏松或脆性的，随后在磨料或其它微凸体的作用下就很容易破碎去除，从而导致材料磨损的增加。,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,29,电化学试验表明，磨损过程可对腐蚀的阳极过程
10、和阴极过程产生很大影响、腐蚀速度平均可增加24个数量级、最大可增加68个数量级。 大多数耐蚀金属都是通过在表面形成可阻止腐蚀进一步发展的表面膜(钝化膜）而具有良好的耐蚀性，但在磨损过程中，表面膜要受到不同程度的破坏，且与作用力的大小、磨粒形状等因素有关。 表面膜的破坏，材料裸露出的新鲜表面直接与介质发生电化学反应，使阳极溶解速度急剧提高。,二、磨损对腐蚀的影响,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,30,磨损对传质过程影响示意图,（腐蚀磨损）,二、磨损对腐蚀的影响,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,31,图2-41 均匀腐蚀条件下的腐
11、蚀磨损模型,三、腐蚀磨损的分类,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,32,三、腐蚀磨损的分类,根据腐蚀介质的性质，腐蚀磨损分为两大类： 1化学腐蚀磨损 2电化学腐蚀磨损,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,33,三、腐蚀磨损的分类,根据腐蚀介质性质，腐蚀磨损分为两大类：1化学腐蚀磨损 在气体介质中的腐蚀磨损以氧化磨损为主，主要是金属表面与气体介质发生氧化反应，在表面生成氧化膜，随后在磨料或微凸体作用下被去除的过程。 对于钢铁材料，表面氧化膜的成长一般遵从抛物线规律。,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,3
12、4,三、腐蚀磨损的分类,1化学腐蚀磨损,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,35,三、腐蚀磨损的分类,2电化学腐蚀磨损,(1)材料的机械去除,27 腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,36,图2-42 发生相界面腐蚀的腐蚀磨损模型,27 腐蚀磨损,三、腐蚀磨损的分类,2电化学腐蚀磨损,(1)材料的机械去除,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,37,加工硬化改变电极电位,三、腐蚀磨损的分类,2电化学腐蚀磨损,27 腐蚀磨损,(2)材料的腐蚀去除,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,38,图2-44 电偶腐蚀电池模型
13、,27 腐蚀磨损,三、腐蚀磨损的分类,2电化学腐蚀磨损,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,39,45钢在不同介质中的腐蚀磨损,27 腐蚀磨损,四、影响腐蚀磨损的因素,1.腐蚀介质的影响,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,40,图2-47 铁在水中的腐蚀速度与温度的关系,1_封闭系统2_敞口系统,27 腐蚀磨损,四、影响腐蚀磨损的因素,1.腐蚀介质的影响,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,41,磨损率温度PH（高锰钢）,27 腐蚀磨损,四、影响腐蚀磨损的因素,1.腐蚀介质的影响,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,42,缓蚀剂对锻钢磨
14、球腐蚀磨损的影响,27 腐蚀磨损,四、影响腐蚀磨损的因素,1.腐蚀介质的影响,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,43,图2-51 缓蚀剂对45钢腐蚀速度的影响,27 腐蚀磨损,四、影响腐蚀磨损的因素,1.腐蚀介质的影响,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,44,图2-52 砂浆速度对高铬铸铁腐蚀电流密度的影响（PH）,27 腐蚀磨损,2机械因素的影响,四、影响腐蚀磨损的因素,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,45,图2-53 砂浆速度对碳钢冲蚀_腐蚀磨损速度的影响,27 腐蚀磨损,2机械因素的影响,四、影响腐蚀磨损的因素,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,46,试样转速对活化腐蚀电流和钝态阳极电流的影响,27 腐蚀磨损,2机械因素的影响,四、影响腐蚀磨损的因素,钝,2017/12/3,河海大学机电工程学院 赵占西,47,在腐蚀磨损条件下，材料的腐蚀磨损特性与其力学性能和电化学性能都有密切关系。提高材料耐磨性能的组织状态往往要削弱其耐蚀性能。 如硬质碳化物及其它第二相硬质点，高硬度马氏体基体及细化晶粒等都可能通过改善材料硬度、韧性等力学性能提高其耐磨性。但这些因素也将增加材料组织的不均匀性，因而降低耐蚀性。 实际应用中，耐磨与耐蚀常常是互相矛后的。,27 腐蚀磨损,3材料因素的影响,四、影响腐蚀磨损的因素,END,
