磨损及磨损理论课件

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1、 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

2、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(SEM 5000X)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

3、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。对对对对大大大大多多多多数数数数机机机机器器器器来来来来说说说说，磨磨磨磨损损损损比比比比摩摩摩摩擦擦擦擦显显显显得得得得更更更更为为为为重重重重要要要要，实实实实际际际际上上上上人人人人们们们们对对对对磨磨磨磨损损损损

4、的的的的理理理理解解解解远远远远远远远远不不不不如如如如摩摩摩摩擦擦擦擦。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

5、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101010105 5 5 5倍。倍。倍。倍。 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。在在在在具具具具体体体体的的的的工工工工作作作作条条条条件件件件下下下下，影影影影响响响响因因因因素素素素是是是是十十十十分分分分复复复复杂杂杂杂的的的的，它它它它包包包包括括括括工工工工作作作作条条条条件件件件、环环环环境境境境因因因因素素素素、介介介介质质质质因因因因素素素素和和和和润润润润滑滑滑滑条条条条件件件件以以

6、以以及及及及零零零零件件件件材材材材料料料料的的的的成成成成分分分分、组组组组织织织织和和和和工工工工作作作作表表表表面面面面的的的的物物物物理理理理、化化化化学学学学、机机机机械械械械性性性性能能能能等等等等，了了了了解解解解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。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. Ar

7、chard 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年美国的提出了年美国的提出了磨损剥层理论磨损剥层理论。 20 20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、

8、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

9、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

10、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

11、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。1.4 1.4 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

12、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。1.5 1.5 研究内容：研究内容：v(1) 磨损类型及发生

13、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

14、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

15、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

16、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2 2、 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

17、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。破坏首先发生在次表层，位错塞积，裂纹成核，并向表面扩展，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

18、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。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。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。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。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3. 3. 表面破坏方式与机理对应关系表面破坏方式与机理对应关系1.81.8磨损的评定磨损的评定 磨磨损损时时零零件件表表面面的的损损坏坏是是材材料料表表面面单单个个微微观观体体积积损损坏坏的的总总

19、和和。目目前前对对磨磨损损评评定定方方法法还还没没有有统统一一的的标标准准。这这里里主主要要介介绍绍三三种种方方法法：磨磨损损量量、耐磨性和磨损比耐磨性和磨损比。 （1）磨损量）磨损量 评评定定材材料料磨磨损损的的三三个个基基本本磨磨损损量量是是长长度度磨磨损损量量Wl、体体积积磨磨损损量量Wv和和重量磨损量重量磨损量Ww。 长长度度磨磨损损量量是是指指磨磨损损过过程程中中零零件件表表面面尺尺寸寸的的改改变变量量，这这在在实实际际设设备备的的磨损监测中经常使用。磨损监测中经常使用。 体体积积磨磨损损量量和和重重量量磨磨损损量量是是指指磨磨损损过过程程中中零零件件或或试试样样的的体体积积或或重重

20、量量的的改变量。改变量。 在在所所有有的的情情况况下下，磨磨损损都都是是时时间间的的函函数数，因因此此，用用磨磨损损率率Wt来来表表示示时时间间的的特特性性。其其它它指指标标还还有有磨磨损损强强度度W(单单位位摩摩擦擦距距离离的的磨磨损损量量，有有人人也也把把它它称称为为磨磨损损率率)，和和磨磨损损速速度度WT(是是指指机机器器完完成成一一单单位位工工作作量量的的磨磨损损量量)。（2 2）耐磨性）耐磨性 材材料料的的耐耐磨磨性性是是指指在在一一定定工工作作条条件件下下材材料料耐耐磨磨损损的的特特性性。材材料料耐耐磨磨性性分分为为相相对对耐耐磨磨性性和和绝绝对对耐耐磨磨性性两两种种。材材料料的的

21、相相对对耐耐磨磨性性是是指指两两种种材材料料A与与B在在相相同同的的外外部部条条件件下下磨磨损损量量的的比比值，其中材料之一的值，其中材料之一的A是标准是标准(或参考或参考)试样。试样。AWA/WB 磨磨损损量量WA和和WB一一般般用用体体积积磨磨损损量量，特特殊殊情情况况下下可可使使用用其它磨损量。其它磨损量。 耐耐磨磨性性通通常常也也用用绝绝对对指指标标W-1或或W-1表表示示，即即用用磨磨损损量量或或磨损率的倒数表示。磨损率的倒数表示。W-1=1/W, W-1=1/W 耐耐磨磨性性使使用用最最多多的的是是体体积积磨磨损损量量的的倒倒数数，也也可可用用体体积积磨磨损损率率、体体积积磨磨损损

22、强强度度或或体体积积磨磨损损速速度度的的倒倒数数表表示示。 绝绝对对耐耐磨磨性和相对耐磨性的关系是性和相对耐磨性的关系是AWAW1 （3 3）磨损比）磨损比 冲冲蚀蚀磨磨损损过过程程中中常常用用磨磨损损比比( (也也有有称称磨磨损损率率) )来来度度量磨损。量磨损。 它它必必须须在在稳稳态态磨磨损损过过程程中中测测量量，在在其其它它磨磨损损阶阶段段中所测量的磨损比将有较大的差别。中所测量的磨损比将有较大的差别。 不不论论是是磨磨损损量量、耐耐磨磨性性和和磨磨损损比比，它它们们都都是是在在一一定定实实验验条条件件或或工工况况下下的的相相对对指指标标，不不同同实实验验条条件件或或工况下的数据是不可

23、比较的。工况下的数据是不可比较的。第二节第二节 粘着磨损粘着磨损1 定义定义: 当摩擦副相对滑动时当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应由于粘着效应所形成结点发生剪切断裂，被剪切的材所形成结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此类磨损称为粘着磨损。另一个表面，此类磨损称为粘着磨损。2 粘着磨损机理：粘着磨损机理： 当摩擦副接触时，接触首先发生在少数几当摩擦副接触时，接触首先发生在少数几个独立的微凸体上。因此，在一定的法向载荷个独立的微凸体上。因此，在一定的法向载荷作用下，微凸体的局部压力就可能超过材料的作用下，微凸体的局部压力就

24、可能超过材料的屈服压力而发生塑性变形，继而使两摩擦表面屈服压力而发生塑性变形，继而使两摩擦表面产生粘着（焊接）产生粘着（焊接） 。当微凸体相对运动时，相。当微凸体相对运动时，相互焊接的微凸体发生剪切、断裂。脱落的材料互焊接的微凸体发生剪切、断裂。脱落的材料或成为磨屑，或发生转移。如撕断处在焊接的或成为磨屑，或发生转移。如撕断处在焊接的部位，不发生物质的转移。如撕断处不在焊接部位，不发生物质的转移。如撕断处不在焊接的部位，则发生物质的转移。的部位，则发生物质的转移。粘着粘着-剪断剪断-转移转移-再粘着循环不断进行，构成粘着磨损过程。再粘着循环不断进行，构成粘着磨损过程。粘粘着着磨磨损损(1)(1

25、)轻微磨损轻微磨损: : 粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，剪切破坏发生在，剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻微。粘着结合面上，表面转移的材料较轻微。 此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料迁移也不显著。通常此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料迁移也不显著。通常在金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生轻微粘着摩损。在金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生轻微粘着摩损。(2)(2)涂抹涂抹: : 粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较硬金属抗剪切强度。，小于较硬金属抗剪切强度。

26、剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬金属表面。这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。金属表面。这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。v粘着磨损又称擦伤或咬合磨损。粘着磨损又称擦伤或咬合磨损。v出现条件：相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱，出现条件：相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱，润滑条件差，接触应力大。润滑条件差，接触应力大。 根据粘着点的强度和破坏位置不同，粘着磨损根据粘着点的强度和破坏位置不同，粘着磨损一下五种不同的形式一下五种不同的形式（五类典型粘着磨损）（五类典型粘着磨损

27、） ：(3)擦伤：擦伤： 粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。剪切发生在较软金属的亚表剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细而浅划层内或硬金属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。痕，硬金属表面也偶有划伤。(4)划伤：划伤： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，切应力高于粘着结合强度。，切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。剪切破坏发生在摩擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。 此时

28、表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如果滑动继此时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱，出现严重磨损。如果滑动继续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增，极易出现续进行，粘着范围将很快增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增，极易出现局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。局部熔焊，使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。 这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免这种破坏性很强的磨损形式，应力求避免。(5) 咬死：咬死： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，粘着区域大，切应力低于粘，粘着区域大，切应力低于粘着结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而不

29、能相对运动。着结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动。 Archard(1953年年)提出的粘着磨损计算模型见下图。选取摩擦副之间的粘着结提出的粘着磨损计算模型见下图。选取摩擦副之间的粘着结点面积为以点面积为以a为半径的圆，每一个粘着结点的接触面积为为半径的圆，每一个粘着结点的接触面积为a2假设摩擦副的一方假设摩擦副的一方为较硬材料，摩擦副另一方为较软材料；法向载荷为较硬材料，摩擦副另一方为较软材料；法向载荷W由由n个半径为个半径为a的相同微凸体的相同微凸体承受。承受。3. 3. 简单粘着磨损计算简单粘着磨损计算( (艾查德艾查德 ArchardArchard模型模型) )： 当材料产

30、生塑性变形时，法向载荷当材料产生塑性变形时，法向载荷W与较软材料的屈服极限与较软材料的屈服极限y之间的关系：之间的关系： 当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产生的磨屑为半球形。当摩擦副产生相对滑动，且滑动时每个微凸体上产生的磨屑为半球形。 其体积为其体积为(2/3)a3，则，则单位滑动距离的总磨损量单位滑动距离的总磨损量为为:（1）(2) 式式(3)是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出。是假设了各个微凸体在接触时均产生一个磨粒而导出。如果考虑到微凸体中产生磨粒的概率数如果考虑到微凸体中产生磨粒的概率数K和滑动距离和滑动距离L，则，则接触接触表面的粘着磨损量表面的粘着磨损量表达

31、式为：表达式为：(4)由由(4)式可得粘着式可得粘着磨损的三个定律：磨损的三个定律：材料磨损量与滑动距离成正比：材料磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件适用于多种条件材料磨损量与法向载荷成正比：材料磨损量与法向载荷成正比：适用于有限载荷范围适用于有限载荷范围材料磨损量与较软材料的屈服极限材料磨损量与较软材料的屈服极限y(或硬度或硬度H)成反比成反比 对于弹性材料，对于弹性材料，yH/3，H为布氏硬度值，则式为布氏硬度值，则式(4)可变为：可变为：式中式中K为粘着磨损系数为粘着磨损系数由由(1)和和(2)式，可得：式，可得：(3) 右图为钢制销钉在钢制圆盘上滑动右图为钢制销钉在钢制圆盘上滑动摩

32、擦时的结果。图中示出钢的磨损系摩擦时的结果。图中示出钢的磨损系数随表观压力的变化曲线。数随表观压力的变化曲线。 纵坐标为纵坐标为K/H，代表单位载荷、单，代表单位载荷、单位滑动距离的磨损量，横坐标代表平位滑动距离的磨损量，横坐标代表平均接触压力。均接触压力。 当压力值小于片当压力值小于片H/3时，磨损率时，磨损率小而且保持不变小而且保持不变(即即K保持常数保持常数)；但当压力值超过但当压力值超过H/3时，磨损量急剧增大时，磨损量急剧增大(K值急剧增大值急剧增大)，这意味着，这意味着在这样高的载荷作用下会发生大面积的粘着焊连。对其他金属也有在这样高的载荷作用下会发生大面积的粘着焊连。对其他金属也

33、有类似的情况，只是类似的情况，只是K开始增加时的平均压力值通常比开始增加时的平均压力值通常比H/3稍低而已。稍低而已。 在压力值为在压力值为H/3作用下，各个微凸体上的塑性变形区开始发生相作用下，各个微凸体上的塑性变形区开始发生相互影响。当压力值增加到互影响。当压力值增加到H/3以上时，整个表面变成塑性流动区，以上时，整个表面变成塑性流动区，因而实际接触面积不再与载荷成正比，出现剧烈的粘着磨损，摩擦因而实际接触面积不再与载荷成正比，出现剧烈的粘着磨损，摩擦表面严重破坏。表面严重破坏。 由于式中的由于式中的K代表微代表微凸体中产生磨粒的概率，凸体中产生磨粒的概率，即粘着磨损系数因此，即粘着磨损系

34、数因此，K值必须按不同的滑动值必须按不同的滑动材料组合和不同的摩擦材料组合和不同的摩擦条件求得条件求得。右表给出了。右表给出了不同工况和摩擦副配对不同工况和摩擦副配对时的磨损系数时的磨损系数K值。值。(1)(1)摩擦副材料：摩擦副材料： a:材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘着能力高。材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘着能力高。 *塑性材料粘着结点的破坏以塑性材料粘着结点的破坏以塑性流动塑性流动为主，发生为主，发生 在表层深处，磨损颗在表层深处，磨损颗粒大。粒大。 *脆性材料粘着结点的破坏主要脆性材料粘着结点的破坏主要剥落剥落，损伤深度较浅，磨损颗粒较小，容，损伤深度较浅，磨损颗粒较小，容易脱

35、落，不堆积于表面。易脱落，不堆积于表面。 *根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，塑性材料的破坏决定于根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，塑性材料的破坏决定于切应力。表面接触中的最大正应力作用在表面，最大切应力离表面有切应力。表面接触中的最大正应力作用在表面，最大切应力离表面有一定深度，所以一定深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重材料塑性越高，粘着磨损越严重。4. 4. 粘着磨损的影响因素粘着磨损的影响因素b:材料的互溶性：材料的互溶性： ？相同金属或互溶性大的材料摩擦副易发生粘着磨损。相同金属或互溶性大的材料摩擦副易发生粘着磨损。 ？异种金属或互溶性小的材料摩擦副抗粘着磨损能力较

36、高。异种金属或互溶性小的材料摩擦副抗粘着磨损能力较高。 ？金属与非金属摩擦副抗粘着磨损能力高于异体金属摩擦副金属与非金属摩擦副抗粘着磨损能力高于异体金属摩擦副 。 一般，冶金相溶性好的金属摩擦副，其摩擦相溶性就差，相同金属一般，冶金相溶性好的金属摩擦副，其摩擦相溶性就差，相同金属摩擦副，摩擦互溶性最差。摩擦副，摩擦互溶性最差。c.材料的组织结构和表面处理材料的组织结构和表面处理 金属的组织结构对粘着磨损也有影响，多相金属比单相金属的抗金属的组织结构对粘着磨损也有影响，多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力高；金属中化合物相比单相固溶体的粘着倾向小。粘着磨损能力高；金属中化合物相比单相固溶体的粘着倾

37、向小。 通过表面处理技术在金属表面生成硫化物、磷化物或氯化物等通过表面处理技术在金属表面生成硫化物、磷化物或氯化物等薄薄膜可以减少粘着效应膜可以减少粘着效应，同时表面膜限制了破坏深度，提高抗粘着磨损，同时表面膜限制了破坏深度，提高抗粘着磨损的能力。的能力。d.元素周期表中的元素周期表中的B族元素族元素，如锗、银、镉、铟、锡、锑、铊、铅、，如锗、银、镉、铟、锡、锑、铊、铅、铋铋与铁的冶金相容性差与铁的冶金相容性差，抗粘着磨损性能好。而铁与，抗粘着磨损性能好。而铁与A族元素组成的族元素组成的摩擦副粘着倾向大。摩擦副粘着倾向大。e.材料的硬度材料的硬度 硬度高的金属比硬度低的金属抗粘硬度高的金属比硬

38、度低的金属抗粘着能力强着能力强，因为表面接触应力大于较，因为表面接触应力大于较软金属硬度的软金属硬度的1/3时，很多金属将由轻时，很多金属将由轻微磨损转变为严重的粘着磨损。微磨损转变为严重的粘着磨损。载荷的影响载荷的影响 粘着磨损一般随法向载荷增加到某一临界值后而急剧增加，如图所粘着磨损一般随法向载荷增加到某一临界值后而急剧增加，如图所示，示，K/H的比值实际上是材料硬度与许用压力的关系。当载荷值超过材的比值实际上是材料硬度与许用压力的关系。当载荷值超过材料硬度值的料硬度值的1/3时，磨损急剧增加，严重时咬死。时，磨损急剧增加，严重时咬死。因此因此设计中选择的许用压力必须低于材料硬度值的设计中

39、选择的许用压力必须低于材料硬度值的1/3。速度的影响速度的影响 在压力一定的情况下，在压力一定的情况下，粘着磨损随滑动速度的增加而增加，在达粘着磨损随滑动速度的增加而增加，在达到某一极大值后，又随着滑动速度的增加而减少到某一极大值后，又随着滑动速度的增加而减少。上图为摩擦速度不。上图为摩擦速度不太高的范围内，钢铁材料的磨损随摩擦速度、接触压力的变化规律。太高的范围内，钢铁材料的磨损随摩擦速度、接触压力的变化规律。 随着滑动速度的变化，磨损类型由一种形式转变为随着滑动速度的变化，磨损类型由一种形式转变为另一种形式。另一种形式。 如图如图(a)所示，当摩擦速度很低时，主要是所示，当摩擦速度很低时，

40、主要是氧化磨氧化磨损，出现损，出现Fe2O3的磨屑，的磨屑，磨损量很小磨损量很小。 随速度的增大，氧化膜破裂，金属的直接接触，转随速度的增大，氧化膜破裂，金属的直接接触，转化为化为粘着磨损粘着磨损，磨损量显著增大。磨损量显著增大。 滑动速度再高，摩擦温度上升，有利于氧化膜形成，滑动速度再高，摩擦温度上升，有利于氧化膜形成，又转为又转为氧化磨损氧化磨损，磨屑为，磨屑为Fe3O4，磨损量又减小磨损量又减小。 如摩擦速度再增大，将再次转化为如摩擦速度再增大，将再次转化为粘着磨损粘着磨损，磨损，磨损量又开始增加。量又开始增加。 图图(b)是滑动速度保持一定而改变载荷所得到的钢是滑动速度保持一定而改变载

41、荷所得到的钢对钢磨损实验结果。对钢磨损实验结果。 载荷小产生氧化磨损载荷小产生氧化磨损, 磨屑主要是磨屑主要是Fe2O3；当载荷达到当载荷达到W0后后, 磨屑是磨屑是FeO、Fe2O3 和和Fe3O4的混合的混合物。物。 载荷超过载荷超过Wc以后以后, 便转入危害性的便转入危害性的粘着磨损粘着磨损。表面温度的影响表面温度的影响 表层温度特性对于摩擦表表层温度特性对于摩擦表面的相互作用和破坏影响很大。面的相互作用和破坏影响很大。表面温度升高可使润滑膜失效，表面温度升高可使润滑膜失效，使材料硬度下降，摩擦表面容使材料硬度下降，摩擦表面容易产生粘着磨损。易产生粘着磨损。 如图为温度对胶合磨损的影响，

42、可以看出，当表面温度达如图为温度对胶合磨损的影响，可以看出，当表面温度达到临界值到临界值(约约80)时时, 磨损量和摩擦系数都急剧增加。磨损量和摩擦系数都急剧增加。 影响温度特性的主要因素是表面压力影响温度特性的主要因素是表面压力p和滑动速度和滑动速度v，其中，其中速度的影响更大，因此限制速度的影响更大，因此限制pv值是减少粘着磨损和防止胶合值是减少粘着磨损和防止胶合发生的有效方法发生的有效方法。润滑油、润滑脂的影响润滑油、润滑脂的影响 在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润滑油膜吸附能力及油在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润滑油膜吸附能力及油膜强度，能成倍地提高抗粘着磨损

43、能力。膜强度，能成倍地提高抗粘着磨损能力。 油性添加剂油性添加剂是由极性非常强的分子组成，在常温条件下，吸附在金属表面是由极性非常强的分子组成，在常温条件下，吸附在金属表面上形成边界润滑膜，防止金属表面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。上形成边界润滑膜，防止金属表面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。 极压添加剂极压添加剂是在高温条件下，分解出活性元素与金属表面起化学反应，生是在高温条件下，分解出活性元素与金属表面起化学反应，生成一种低剪切强度的金属化合物薄膜，防止金属因干摩擦或边界摩擦条件下成一种低剪切强度的金属化合物薄膜，防止金属因干摩擦或边界摩擦条件下而引起的粘着现象。而引起的粘着

44、现象。1.磨损量与滑动距离成正比：磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件。适用于多种条件。2.磨损量与载荷成正比：磨损量与载荷成正比：适用于有限载荷范围。适用于有限载荷范围。 3.磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比：磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比： * 实际上，只有相同的金属材料组成摩擦副时，才实际上，只有相同的金属材料组成摩擦副时，才 能按硬度估计粘着磨损，能按硬度估计粘着磨损，合金或不同材料的摩擦副，合金或不同材料的摩擦副， 硬度不能反映粘着系数、粘着磨损或粘着引硬度不能反映粘着系数、粘着磨损或粘着引起的咬死等情况。起的咬死等情况。三条粘着磨损规律：三条粘着磨损规律：第三节第三

45、节 磨粒磨损磨粒磨损1 1 定义定义: :外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物或粗糙峰外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩擦过程中引起在摩擦过程中引起表面材料脱落表面材料脱落的现象的现象, 称为磨粒磨损。称为磨粒磨损。 磨粒磨粒是摩擦表面互相摩擦产生或由介质带入摩擦表面。是摩擦表面互相摩擦产生或由介质带入摩擦表面。分类分类类型类型特特征征实例实例 磨料磨料 固定固定 形态形态 自由自由 磨损磨损磨粒自由松散，可以在表面滑动或磨粒自由松散，可以在表面滑动或滚动，磨粒之间也有相对运动。滚动，磨粒之间也有相对运动。刮板、输送刮板、输送机溜槽机溜槽 固定固定 磨损磨损磨料固定，在磨损表面作相对

46、滑动，磨料固定，在磨损表面作相对滑动，磨料可以是小颗粒，也可以是很大磨料可以是小颗粒，也可以是很大的整体颗粒。的整体颗粒。采煤机截齿、采煤机截齿、挖掘机斗齿挖掘机斗齿磨料磨损根据不同的分类方式可分为不同的种类型：磨料磨损根据不同的分类方式可分为不同的种类型： 例如：例如：掘土机铲齿、犁耙、球磨机衬板等的磨损都掘土机铲齿、犁耙、球磨机衬板等的磨损都是典型的磨粒磨损。机床导轨面由于切屑的存在也是典型的磨粒磨损。机床导轨面由于切屑的存在也会引起磨粒磨损。水轮机叶片和船舶螺旋桨等与含会引起磨粒磨损。水轮机叶片和船舶螺旋桨等与含泥沙的水之间的侵蚀磨损也属于磨粒磨损。泥沙的水之间的侵蚀磨损也属于磨粒磨损。

47、2 磨料磨损分类及其磨损特征：磨料磨损分类及其磨损特征：接接触触表表面面两体两体磨损磨损硬磨料或硬表面微凸体与硬磨料或硬表面微凸体与一个摩擦表面对磨的磨损一个摩擦表面对磨的磨损犁铧、水犁铧、水轮机轮叶轮机轮叶三体三体磨损磨损磨粒介于两摩擦表面之间，磨粒介于两摩擦表面之间，并在两表面间滑动并在两表面间滑动齿轮、滑齿轮、滑动轴承间动轴承间力力的的作作用用特特点点划伤划伤磨损磨损磨料的作用应力低于其压磨料的作用应力低于其压溃强度，材料表面被轻微溃强度，材料表面被轻微划伤划伤犁铧、输犁铧、输送机溜槽送机溜槽碾压碾压磨损磨损磨料与表面接触最大压应磨料与表面接触最大压应力大于磨料的压溃强度力大于磨料的压溃

48、强度破碎滚筒破碎滚筒球蘑机球球蘑机球凿削凿削磨损磨损磨料对表面有高应力冲击磨料对表面有高应力冲击运动，材料表面被凿削运动，材料表面被凿削颚式破碎颚式破碎机齿板机齿板相相对对硬硬度度硬料磨损硬料磨损磨料硬度大于材料硬度磨料硬度大于材料硬度石英石英- -钢材钢材软料磨损软料磨损磨料硬度低于材料硬度磨料硬度低于材料硬度 矿石矿石- -钢钢磨磨料料特特性性 干磨损干磨损磨料是干燥的磨料是干燥的球磨机干磨球磨机干磨湿料磨损湿料磨损磨料含水分，加速磨损磨料含水分，加速磨损球磨机湿磨球磨机湿磨流体磨损流体磨损气或液体带磨料冲刷表面气或液体带磨料冲刷表面泥浆泵等泥浆泵等工工作作环环境境一般磨损一般磨损正常条件

49、下的磨料磨损正常条件下的磨料磨损各类机械各类机械腐蚀磨损腐蚀磨损腐蚀介质中的磨料磨损腐蚀介质中的磨料磨损化工机械等化工机械等热料磨损热料磨损高温工作下的磨料磨损高温工作下的磨料磨损沸腾炉等沸腾炉等3 磨粒磨损机理磨粒磨损机理(1)(1)微观切削微观切削： 磨粒作用在零件材料表面上的力，可分磨粒作用在零件材料表面上的力，可分为法向力和切向力。法向力将磨粒压入摩擦为法向力和切向力。法向力将磨粒压入摩擦表面，如硬度试验一样，在表面上形成压痕。表面，如硬度试验一样，在表面上形成压痕。切向力使磨粒向前推进，当磨粒的形状与位切向力使磨粒向前推进，当磨粒的形状与位向适当时，磨粒就象刀具一样，对表面进行向适当

50、时，磨粒就象刀具一样，对表面进行剪切、犁皱和切削剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕，产生槽状磨痕. .不过这种不过这种切削的宽度和深度都很小，因此产生的切屑切削的宽度和深度都很小，因此产生的切屑也很小。也很小。 磨粒磨损是最普遍的磨损形式。据统计磨粒磨损是最普遍的磨损形式。据统计, 在生产中因在生产中因磨粒磨磨粒磨损所造成的损失占整个磨损损失的一半左右损所造成的损失占整个磨损损失的一半左右, 因而研究磨粒磨因而研究磨粒磨损有着重要的意义。关于材料磨粒磨损主要有以下几个假设：损有着重要的意义。关于材料磨粒磨损主要有以下几个假设： (1)(1)微观切削微观切削 虽虽然然切切削削时时“刀刀具具”，即即一

51、一般般的的磨磨粒粒，大大多多具具有有负负前前角角的的特特征征，切切屑屑变变形形也也较较大大些些，但但在在显显微微镜镜下下观观察察，这这些些微微观观切切屑屑仍仍具具有有机机加加工工中中切切屑屑的的特特征征。这这些些切切屑屑一一般般长长宽宽比比较较大大，切切屑屑的的一一面面较较光光滑滑，而而另另一一面面则则有有滑滑动动的的台台阶阶，有有些些还还有有卷卷曲现象。曲现象。 微微观观切切削削是是材材料料磨磨粒粒磨磨损损的的主主要要机机理理。在在三三体体磨磨料料磨磨损损中中也会发生微观切削作用。也会发生微观切削作用。 但但是是，磨磨粒粒和和表表面面接接触触时时发发生生切切削削的的概概率率不不是是很很大大，

52、虽虽然然在在某某种种条条件件下下切切削削磨磨损损量量占占总总磨磨损损量量的的比比例例很很大大。但但当当磨磨粒粒形形状状较较圆圆钝钝时时，或或在在犁犁削削过过程程磨磨粒粒的的棱棱角角而而不不是是棱棱边边对对着着运运动动方方向向时时，或或磨磨粒粒和和被被磨磨材材料料表表面面间间的的夹夹角角( (迎迎角角) )太太小小时时，或或表表面面材材料料塑塑性性很很高高时时，往往往往磨磨粒粒在在表表面面滑滑过过后后，只只犁犁出出一一条条沟沟来来，把把材材料料推推向向两两边边或或前前面面，而而不不能能切切削削出出切切屑屑来来，特特别别是是松松散散的的自自由由磨磨粒粒，大大概概有有9090以以上上的的磨磨粒粒发发

53、生生滚滚动动接接触触，只只能能压压出出印印痕痕来来，而而形形成成犁犁沟沟的的概概率率只只不不过过1010，这这样样切切削削的的可可能能性性就就更更少了。少了。 还还有有一一种种情情况况，如如冲冲击击角角较较大大的的冲冲蚀蚀磨磨损损以以及及球球磨磨机机磨磨球球对对磨磨料料冲冲击击时时，往往往往在在表表面面上上形形成成压压坑坑和和在在压压坑坑四四周周被被挤挤压压出出唇唇状状凸凸缘缘，只只能能使使表表面发生塑性变形而切削的分量就很少。面发生塑性变形而切削的分量就很少。 (1)微观切削微观切削(2) (2) 挤压剥落挤压剥落： 磨料在载荷作用下压入摩擦表面而磨料在载荷作用下压入摩擦表面而产生压痕，将塑

54、性材料的表面挤压出产生压痕，将塑性材料的表面挤压出层状或鳞层状或鳞片状剥落碎屑片状剥落碎屑。 当当磨磨粒粒滑滑过过表表面面时时, ,除除了了切切削削外外, ,大大部部分分磨磨粒粒只只把把材材料料推推向向前前面面或或两两旁旁, ,这这些些材材料料受受到到很很大大的的塑塑性性形形变变, ,却却没没有有脱脱离离母母体体, ,同同时时在在沟沟底底及及沟沟槽槽附附近近的的材材料料也也受受到到较较大大的的变变形形。犁犁沟沟时时一一般般可可能能有有一一部部分分材材料料被被切切削削而而形形成成切切屑屑, ,一一部部分分则则末末被被切切削削而而仅仅有有塑塑变变，披披推推向向两两侧侧和和前前缘缘。若若犁犁沟沟时时

55、全全部部的的沟沟槽槽体体积积都都被被推推向向两两旁旁和和前前缘缘而而不不产产生生任任何何一一次次切切屑屑时时, ,则则称称之之为为犁犁皱皱。犁犁沟沟或或犁犁皱皱后后堆堆积积在在两两旁旁和和前前缘缘的的材材料料以以及及沟沟槽槽中中的的材材料料, ,当当受受到到随随后后的的磨磨料料作作用用时时，可可能能把把堆堆积积起起的的材材料料重重新新压压平平, ,也也可可能能使使已已变变形形的的沟沟底底材材料料遭遭到到再再一一次次的的犁犁皱皱变变形形, ,如如此此反反复复塑塑变变, ,导导致致材材料的加工硬化或其它强化作用料的加工硬化或其它强化作用, ,终于剥落而成为磨屑。终于剥落而成为磨屑。 由由于于多多次

56、次变变形形引引起起材材料料晶晶格格的的残残余余畸畸变变，导导致致材材料料不不可可能能再再继继续续变变形形和和吸吸收收能能量量。塑塑性性变变形形降降低低了了材材料料应应力力重重新新分分配配的的能能力力，故故有有些些截截面面上上( (当当外外力力不不变变时时) )由由于于应应力力的的增增长长( (集集中中) )逐逐渐丧失塑性而变为脆性状态。渐丧失塑性而变为脆性状态。 (3) (3) 疲劳破坏疲劳破坏： 摩擦表面在磨料产生的循环接触力作用摩擦表面在磨料产生的循环接触力作用下，使表面材料因疲劳而剥落。下，使表面材料因疲劳而剥落。 克克拉拉盖盖尔尔斯斯基基提提出出“疲疲劳劳磨磨损损机机理理在在一一般般磨

57、磨粒粒磨磨损损中中起起主主导导作作用用”。疲疲劳劳一一词词是是指指由由重重复复应应力力循循环环引引起起的的一一种种特特殊殊破破坏坏形形式式，这这种种应应力力循循环环的的应应力力幅幅不不超超过过材材料料的的弹弹性性极极限限。疲疲劳劳磨磨损损系系由由于于表表层层微微观观组组织织受受周周期期载载荷荷作作用用而而产产生生的的。其其特特征征是是材材料料在在强强化化过过程程进进展展的的同同时时，过过程程的的速速度度强强烈烈地地决决定定于周围的介质以及介质对强化的作用。于周围的介质以及介质对强化的作用。 标标准准的的疲疲劳劳过过程程常常有有潜潜伏伏期期，在在此此期期间间材材料料外外部部发发生生硬硬化化但但不

58、不出出现现任任何何微微观观破破坏坏。当当进进一一步步发发展展时时，在在材材料料表表层出现硬化的滑移塑变层和裂纹。层出现硬化的滑移塑变层和裂纹。 微观断裂微观断裂( (剥落剥落) )磨损机理：磨损机理： 磨磨损损时时由由于于磨磨粒粒的的压压入入大大多多数数材材料料都都会会发发生生塑塑性性变变形形。但但脆脆性性材材料料，断断裂裂机机理理可可能能占占支支配配的的地地位位。当当断断裂裂发发生生时时，压压痕痕四四周周外外围围的的材材料料都都要要被被磨磨损损剥剥落落，比比塑塑性性材材料料的的磨磨损损量量大大。脆脆性性材材料料的的压压入入断断裂裂，其其外外部部条条件件决决定定于于载载荷荷大大小小、磨磨粒粒形

59、形状状与与尺尺寸寸和和周周围围环环境境等等参参量量，内内部部参参量量则则主主要要决决定定于于材材料料的的硬硬度度与与断断裂裂韧韧性性等等。对对脆脆性性材材料料来来说说，压压痕痕常常带带有有明明显显的的表表面面裂裂纹纹。断断裂裂韧韧性性低低的的材材料料裂裂纹纹较较长长。当当横横向向裂裂纹纹互互相相交叉或扩展到表面时，就造成微观断裂机理的材料磨损。交叉或扩展到表面时，就造成微观断裂机理的材料磨损。 以以上上几几种种磨磨料料磨磨损损机机理理，还还有有待待于于进进一一步步的的研研究究和和阐阐明明。但但有有一一点点必必须须加加以以说说明明，即即磨磨料料磨磨损损过过程程中中不不只只是是有有一一种种机机理理

60、而而往往往往有有几几种种机机理理同同时时存存在在，由由于于磨磨损损时时外外部部条条件件或或内内部部组组织织的的变变化化，磨磨损损机机理理也也相相应应地地发发生生变变化化，往往往往从从一一种种机机理理为主转变为另一种机理为主。为主转变为另一种机理为主。 ENDEND4 4 磨粒磨损简化模型计算：磨粒磨损简化模型计算： 简单的计算方法根据简单的计算方法根据微观切削机理微观切削机理得出，即得出，即拉宾诺维奇拉宾诺维奇 (Rabinowicz)(Rabinowicz)模型模型: : 假定单颗磨粒形状为圆锥体，半角为假定单颗磨粒形状为圆锥体，半角为 ，载荷为载荷为W W，压入深度，压入深度h h，滑动距

61、离为滑动距离为S S，屈服极限屈服极限s ,s , ,磨料硬度磨料硬度为为H H。B沟槽截面积：沟槽截面积：被迁移的沟槽体被迁移的沟槽体积： 单位滑位滑动距离的磨距离的磨损体体积（磨（磨损量）：量）：磨粒的形状系数磨粒的形状系数B 单位滑位滑动距离的磨距离的磨损体体积（磨（磨损量）：量）：磨粒的形状系数磨粒的形状系数5 5 磨料及其磨损性能磨料及其磨损性能 磨料的磨损性能和磨料的机械性能、存在状态、结合状态及其磨料的磨损性能和磨料的机械性能、存在状态、结合状态及其大小、形状和运动条件等有关，特别是自然破碎后的角度。大小、形状和运动条件等有关，特别是自然破碎后的角度。磨料磨料的硬度的硬度是决定磨

62、料磨损性比较关键的因素，在实际应用上常以它是决定磨料磨损性比较关键的因素，在实际应用上常以它来判定磨料磨损性的大小。除硬度外，其它如磨料的大小、形状、来判定磨料磨损性的大小。除硬度外，其它如磨料的大小、形状、强度等对磨料磨损性都有一定的影响。强度等对磨料磨损性都有一定的影响。磨料的形状磨料的形状 尖锐的、多角形的磨料尖锐的、多角形的磨料比圆而钝的磨料磨损得快。尖锐的磨料比圆而钝的磨料磨损得快。尖锐的磨料在同一载荷下压入深度大，容易造成金属表面的微观切削，增加磨在同一载荷下压入深度大，容易造成金属表面的微观切削，增加磨损量；损量；圆而钝的磨料圆而钝的磨料压入深度小，大多数产生浅的犁沟或压坑，使压

63、入深度小，大多数产生浅的犁沟或压坑，使材料发生弹塑性变形或甚至只在弹性变形范围内，不发生切削，且材料发生弹塑性变形或甚至只在弹性变形范围内，不发生切削，且在自由状态时圆钝形磨料容易发生滚动，使磨损量变得很小。从简在自由状态时圆钝形磨料容易发生滚动，使磨损量变得很小。从简单模型的公式可知，磨料愈尖，单模型的公式可知，磨料愈尖，角越大，其正切平均值越大，则角越大，其正切平均值越大，则磨损率也愈大。磨损率也愈大。迎角迎角 迎迎角角是是指指磨磨料料与与材材料料表表面面接接触时和表面间的夹角。触时和表面间的夹角。 当当用用角角锥锥( (一一般般磨磨粒粒的的形形状状接接近近于于角角椎椎体体) )的的棱棱面

64、面去去切切削削时时，能能否否产产生生一一次次切切削削与与迎迎角角有有关关，当当迎迎角角超超过过临临界界迎迎角角c c时时，才才能能产产生生切切屑屑；否否则则，若若是是c c则则只只能能产产生生塑塑性性犁犁沟沟，将将金属排向两边及边缘。金属排向两边及边缘。 不不同同材材料料的的临临界界迎迎角角c c是是不不同同的的，在在30309090之之间间变变化化；一一般般，摩摩擦擦系系数数或或钢钢的的硬硬度度增增大大，都都会会使使临临界界迎迎角角减减小小，即即容容易易产产生生切切屑屑。固固定定磨磨料料和和自自由由磨磨料料的的迎迎角角分分布布是是不不同同的的，根据迎角分布的概率和临界迎角，可计算出切屑形成的

65、概率。根据迎角分布的概率和临界迎角，可计算出切屑形成的概率。磨粒大小磨粒大小 材材料料磨磨损损量量与与磨磨粒粒大大小小有有关关，一一般般是是随随着着磨磨粒粒直直径径的的增增大大而而增增大大，直直到到达达到到某某一一临临界界尺尺寸寸后后就就不不再再增增大大，而而这这种种影影响响对对非非金金属属材材料料来来说说比比金金属属更大些。更大些。 若若载载荷荷增增大大，粒粒径径超超过过临临界界尺尺寸寸后后，磨磨粒粒的的大大小小对对磨磨损损仍仍有有影影响响，不不过过影影响响略略小小些些而而已已。这这个个临临界界尺尺寸寸大大致致在在80m80m左左右右，与与材材料料成成分分、性性能能、预冷加工、速度与载荷等有

66、关。预冷加工、速度与载荷等有关。磨粒尺寸：磨粒尺寸： 一般金属的磨损率随磨粒平均尺寸的增大而增大，当磨粒一般金属的磨损率随磨粒平均尺寸的增大而增大，当磨粒尺寸达到一定临界尺寸后，磨损率不再增大，临界尺寸大约尺寸达到一定临界尺寸后，磨损率不再增大，临界尺寸大约为为80m。磨粒尺寸影磨粒尺寸影响响 若若载载荷荷增增大大，粒粒径径超超过过临临界界尺尺寸寸后后，磨磨粒粒的的大大小小对对磨磨损损仍仍有有影影响响，不不过过影影响响略略小小些些而而已已。这这个个临临界界尺尺寸寸大大致致在在80m80m左左右右，与与材材料料成成分分、性性能能、预预冷冷加加工工、速度与载荷等有关。速度与载荷等有关。磨粒形状和大

67、小综合作用磨粒形状和大小综合作用 磨磨粒粒大大小小和和形形状状对对磨磨损损有有综综合合作作用用。克克拉拉盖盖尔尔斯斯基基粗粗略略估估计计半半球球形形磨磨粒粒尺尺寸寸在在1m以以下下，只只会会产产生生弹弹性性变变形形，成成为为磨磨损损极极微微的的滑滑动动磨磨损损。也也有有认认为为只只要要将将润润滑滑油油中中0.1m以以上上的的磨磨粒粒滤滤掉掉，即即可可防防止止磨磨料磨损。料磨损。 磨磨粒粒大大小小和和形形状状可可使使磨磨损损由由滑滑动动磨磨损损转转变变为为磨磨料料磨磨损损，也也可可以以从从弹弹性性变变形形转转变变到到塑塑性性变变形形以以致致于于切切削削。所所以以磨磨粒粒的的尺尺寸寸、形形状状和和

68、位位向向对对磨磨料料磨磨损损有有很很大大的的影影响响，因因为为它它们们影影响响到到从从弹弹性性接接触触到到塑塑性性接接触触的的载载荷荷和和应应力力，以以及及引引起起临临界界断断裂裂压压痕痕尺尺寸寸与与沟沟糟尺寸的变化。糟尺寸的变化。磨粒硬度磨粒硬度 一一般般磨磨料料磨磨损损是是指指磨磨料料的的硬硬度度比比材材料料表表面面高高得得多多，但但当当磨磨料料的的硬硬度度比比材材料料硬硬度度低低时时，也也会会发发生生磨磨损损，只只是是磨磨损损量量很很小小而而己己。故故材材料料的的耐耐磨磨性性不不仅仅决决定定于于材材料料的的硬硬度度H H，而而且且更更主主要要的是决定于材料硬度的是决定于材料硬度H Hm

69、m和磨料硬度和磨料硬度H H0 0的比值。的比值。 当当HH0比值超过一定值后，磨损量便会迅速降低。即当比值超过一定值后，磨损量便会迅速降低。即当HH00.50.8时为硬磨料磨损，此时增加材料的硬度对其耐磨性增加不大。时为硬磨料磨损，此时增加材料的硬度对其耐磨性增加不大。 当当 HH00.50.8时时为为软软磨磨料料磨磨损损，此此时时增增加加材材料料的的硬硬度度Hm便便会会迅迅速速地地提提高高耐耐磨性。磨性。 严严格格说说，直直接接决决定定材材料料耐耐磨磨性性的的是是金金属属材材料料表表面面经经磨磨损损后后的最大硬度的最大硬度Hu，而不是材料的体性硬度，而不是材料的体性硬度H。实验分析：实验分

70、析： 当磨料硬度低于试件硬当磨料硬度低于试件硬度度, 即即H0 (0.71)H不产生不产生磨料磨损或产生轻微磨损。磨料磨损或产生轻微磨损。 当磨料硬度超过试件硬度后，当磨料硬度超过试件硬度后，磨损量随磨料硬度而增加。磨损量随磨料硬度而增加。 若磨料硬度很高将产生严重若磨料硬度很高将产生严重磨损，此时磨损量不再随磨料硬度而变化。磨损，此时磨损量不再随磨料硬度而变化。 为了避免磨料磨损，材料硬度应高于磨料硬度，一般当为了避免磨料磨损，材料硬度应高于磨料硬度，一般当 H 1.3 H0 时只发生轻微的时只发生轻微的 磨料磨损。磨料磨损。磨粒的其它性能磨粒的其它性能 磨磨料料的的其其它它性性能能如如韧韧

71、性性、压压碎碎强强度度等等也也影影响响着着磨磨损损率率。磨磨料料在在受受压压力力后后，先先是是边边缘缘受受力力处处发发生生少少量量的的塑塑性性流流动动，接接着着就就断断裂裂，塑塑性性变变形形和和断断裂裂都都使使磨磨料料变变质质。磨磨料料压压碎碎后后形形成成小小的的切切削削刃刃面面，增增加加磨磨损损性性能能。故故磨磨粒粒断断裂裂比比边边缘缘尖尖角角处处塑塑性性变变形形后后剥剥落落对对磨磨料料的的磨磨损损性性影影响响大大。由由塑塑变变而而衰衰退退变变质质的的细细磨磨料料，因因表表面面变变钝钝，成成为为弹弹性性接接触触，不不易易形形成成沟沟槽槽。因因此此，磨磨料料碎碎裂裂和和变变质质后后，其其使使材

72、材料料表表面面的的磨磨损损量量增增加加还还是是减减小小，则决定磨料的性质和磨损条件。则决定磨料的性质和磨损条件。 磨料的磨损性磨料的磨损性 磨磨料料的的磨磨损损性性一一般般是是指指磨磨料料破破坏坏零零件件或或刀刀具具的的能能力力，这这种种能能力力与与磨磨料料本本身身的的特特性性以以及及其其与与零零件件表表层层接接触触应应力力的的大大小小及及方向有关。方向有关。6 影响磨粒磨损的因素：影响磨粒磨损的因素： 影影响响磨磨料料磨磨损损的的因因素素可可分分为为外外部部因因素素与与内内部部因因素素。外外部部因因素素即即磨磨损损时时的的工工作作条条件件，包包括括载载荷荷、速速度度、温温度度、相相对对运运动

73、动及及受受力力状状态态、磨磨料料、介介质质与与环环境境因因素素等等；内内部部条条件件包包括括受受磨磨材材料料的的化化学学成成分分、组组织织相相机机械械性性能能等等。磨磨料料是是影影响响磨磨损损的的重要外部因素，前面已讨论过，其它因素分析如下：重要外部因素，前面已讨论过，其它因素分析如下：（1）载荷的影响：）载荷的影响： 根据磨料磨损的简单模型可知，根据磨料磨损的简单模型可知，磨损量与载荷磨损量与载荷成正比成正比。但这种线性关系一般都有一临界值，到达。但这种线性关系一般都有一临界值，到达此极限载荷，线性关系开始破坏。其原因是多种多此极限载荷，线性关系开始破坏。其原因是多种多样的，主要的如样的，主

74、要的如磨粒被压碎磨粒被压碎，砂纸破裂砂纸破裂，相互作用相互作用表面的摩擦热使温度升高发生一系列的组织和性能表面的摩擦热使温度升高发生一系列的组织和性能变化，材料表面加工硬化，磨粒受摩擦热的影响而变化，材料表面加工硬化，磨粒受摩擦热的影响而变质以及三体磨料磨损时磨料对表面的相对运动发变质以及三体磨料磨损时磨料对表面的相对运动发生变化等生变化等，都能引起磨损量改变，破坏磨损量与载，都能引起磨损量改变，破坏磨损量与载荷的线性关系。荷的线性关系。滑动距离滑动距离 若若磨磨粒粒在在滑滑动动过过程程中中条条件件不不变变，如如磨磨粒粒不不变变圆圆钝钝或或碎碎裂裂，则磨损量与滑动距离一般成正比，否则磨损量将有

75、改变。则磨损量与滑动距离一般成正比，否则磨损量将有改变。 磨料和材料表面的相对速度磨料和材料表面的相对速度 磨磨损损条条件件和和环环境境的的改改变变会会使使滑滑动动速速度度对对磨磨损损的的影影响响产产生生不不同同的的结结果果。当当速速度度较较小小时时，磨磨损损率率随随速速度度的的增增高高而而有有下下降降的的趋趋势势，以以后后又又逐逐渐渐升升高高，到到达达一一定定速速度度后后趋趋于于常常数数。鲍鲍登登和和泰泰伯伯发发现现，金金属属表表面面由由于于摩摩擦擦所所引引起起的的温温升升将将随随着着摩摩擦擦速速度度增增高高而而增增高高，及及至至到到达达金金属属的的熔熔点点，此此时时，就就与与速速度度无无关

76、关了了。因因此此磨磨损损的的增增加加可可能能是是温温度度增增高高所所致致。磨磨料料磨磨损损时时金金属属表表面面热热量量的的增增加加率率，大大颗颗粒粒磨磨料料比比小小颗颗粒粒的的要要大大。在在低低速速时时，速速度度对对磨磨损损的的影影响响并并不不重重要要，而而高高速速时时，特特别别在在连连续续运运转转时时，速速度度对对磨磨损损的的影影响响实实际际上上是是温温度度对对磨磨损损的的影影响响，若若此此时时将将载载荷减小，这种影响将会降低。荷减小，这种影响将会降低。热和温度热和温度 摩摩擦擦时时，载载荷荷和和速速度度对对磨磨损损的的影影响响，实实际际上上是是由由于于热热和和温温度度的的影影响响所所致致。

77、特特别别在在高高温温时时，热热能能引引起起材材料料表表面面的的氧氧化化、软化、硬化甚至于熔化，这样就使表面的磨损变得复杂了。软化、硬化甚至于熔化，这样就使表面的磨损变得复杂了。 腐蚀环境和水蒸汽腐蚀环境和水蒸汽 存存在在有有酸酸性性液液体体介介质质的的作作用用，其其pHpH值值在在2.52.54 4范范围围内内，对对零零件件有有磨磨损损和和腐腐蚀蚀的的双双重重作作用用，使使磨磨损损量量增增加加。水水汽汽的的存存在在，也也足足以以使使磨磨损损加加速速，三三体体磨磨料料磨磨损损时时，在在大大于于通通常常湿湿度度下下，特特别别是是绝绝对对湿湿度度大大于于1010以以上上时时，磨磨损损率率随随湿湿度度

78、的的增增长长而而增增长长甚甚速速。在在小小于于1010时时则则影影响响不不大大。两两体体磨磨料料磨磨损损时时，相相对对湿湿度度从从0 06565变变化化时时，磨磨损损率率都都随随着着增增加加。磨磨损损率率的的变变化化和和磨磨料料由由于于湿湿气气而而容容易易碎碎裂裂成成较较多多较较尖尖锐锐的的小小磨磨粒粒，腐腐蚀蚀化化学学膜膜的的作作用用，磨磨粒粒衰衰退退以以及及载载荷荷、作作用用时时间间等等有有关关，是是比比较复杂的问题。较复杂的问题。材料的内部因素材料的内部因素 材材料料内内部部因因素素包包括括材材料料的的成成分分、微微观观组组织织特特征征及及机机械械性性能能等等。三三者者互互有有联联系系，

79、互互有有影影响响。金金属属材材料料的化学成分和热处理状态决定了它们的组织。的化学成分和热处理状态决定了它们的组织。 耐耐磨磨性性与与化化学学成成分分和和微微观观组组织织有有关关。对对一一定定成成分分的的材材料料，它它的的耐耐磨磨性性和和体体性性硬硬度度在在一一定定范范围围内内呈呈线线性关系。性关系。 影影响响磨磨料料磨磨损损的的微微观观组组织织参参数数主主要要有有：基基体体组组织织、第二相、夹杂物、晶界、内缺口和各向异性第二相、夹杂物、晶界、内缺口和各向异性。 影影响响磨磨料料磨磨损损的的材材料料性性能能主主要要有有：硬硬度度、断断裂裂韧韧性、弹性模量、真实切断抗力和抗拉强度等。性、弹性模量、

80、真实切断抗力和抗拉强度等。第四节第四节 疲劳磨损疲劳磨损1.定义：定义：摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳损伤而摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象。有两种基本类型，即宏观和微观疲劳磨损。引起表面脱落的现象。有两种基本类型，即宏观和微观疲劳磨损。 接触疲劳类型接触疲劳类型v麻点剥落麻点剥落: 是指深度在以下的小块剥落，裂纹是指深度在以下的小块剥落，裂纹一般起源于表面，剥落坑呈针状或痘状。一般起源于表面，剥落坑呈针状或痘状。 根据裂纹起始位置和形态的差异，分为根据裂纹起始位置和形态的差异，分为麻点麻点剥落剥落（点蚀）、点蚀）、浅层剥落浅层

81、剥落、深层剥落深层剥落三种主要类三种主要类型。型。麻点剥落麻点剥落实物图v浅层剥落浅层剥落: 其剥落深度一般为其剥落深度一般为0.2-0.4 mm。浅层剥落浅层剥落深层剥落深层剥落v深层剥落深层剥落: 这类剥落坑较深这类剥落坑较深(0.4mm)、块大。、块大。一般发生在表面强化的材料中，如渗碳钢中。一般发生在表面强化的材料中，如渗碳钢中。 (1) 破坏形式：破坏形式：表面出现深浅不同的斑状凹坑。凹坑小而表面出现深浅不同的斑状凹坑。凹坑小而深的，磨屑呈扇形颗粒，称点蚀深的，磨屑呈扇形颗粒，称点蚀(Pitting)。凹坑大而浅。凹坑大而浅的，磨屑呈片状，为剥落的，磨屑呈片状，为剥落(Spallin

82、g)。 (2) 产生原因：产生原因：由于表面受循环的接触应力作用，最大剪应由于表面受循环的接触应力作用，最大剪应力发生在表面下一定深度处。当该处强度不足或存在缺陷，力发生在表面下一定深度处。当该处强度不足或存在缺陷，则首先发生塑性变形，经应力循环后，产生疲劳裂纹，并则首先发生塑性变形，经应力循环后，产生疲劳裂纹，并沿最大剪应力方向扩展到表面，最终导致表面材料脱落。沿最大剪应力方向扩展到表面，最终导致表面材料脱落。2. 宏观疲劳磨损：宏观疲劳磨损：两个相互滚动或滚动兼滑动的摩擦表面，在两个相互滚动或滚动兼滑动的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，材料疲劳而发生脱落的现象。循环变化的接触应力作用

83、下，材料疲劳而发生脱落的现象。 * 如齿轮、滚动轴承。如齿轮、滚动轴承。 (a)纯滚动接触表面：纯滚动接触表面：裂纹的萌生多发生在次表层最大剪应力裂纹的萌生多发生在次表层最大剪应力处，扩展也比较缓慢，比裂纹萌生阶段长，损伤断口有光泽。处，扩展也比较缓慢，比裂纹萌生阶段长，损伤断口有光泽。 (b)滚动兼滑动摩擦表面：滚动兼滑动摩擦表面：同时存在接触压应力和剪切应力，同时存在接触压应力和剪切应力，摩擦表面容易产生塑性变形而形成微观裂纹，裂纹起源于表面，摩擦表面容易产生塑性变形而形成微观裂纹，裂纹起源于表面，萌生阶段大于扩展阶段，断口比较暗淡。萌生阶段大于扩展阶段，断口比较暗淡。 (c)表面强化处理

84、后：表面强化处理后：裂纹往往起源于表面硬化层和基体的交界裂纹往往起源于表面硬化层和基体的交界处，裂纹扩展先平行于表面，再垂直或倾斜于表面向外扩展。处，裂纹扩展先平行于表面，再垂直或倾斜于表面向外扩展。损伤形式先为麻点，之后为大块剥落，类似表层压碎的现象。损伤形式先为麻点，之后为大块剥落，类似表层压碎的现象。 3. 微观疲劳磨损：微观疲劳磨损： 特征：特征：滑动接触表面由于微凸体相互接触使材料发生疲劳而引滑动接触表面由于微凸体相互接触使材料发生疲劳而引起的机械磨损现象。起的机械磨损现象。 原因：原因：表面材料脱落由载荷脉冲对微凸体的多次作用造成的。表面材料脱落由载荷脉冲对微凸体的多次作用造成的。

85、 * *当固体表面相互接触时，实际接触点是不连续的，两表面的当固体表面相互接触时，实际接触点是不连续的，两表面的微凸体相互碰撞，产生冲击力，使微凸体受到重复的冲击和变微凸体相互碰撞，产生冲击力，使微凸体受到重复的冲击和变形，致使材料发生疲劳磨损。形，致使材料发生疲劳磨损。4. 4. 疲劳磨损的破坏机理：疲劳磨损的破坏机理： (1)麻点剥落：麻点剥落：当表面接触应力较小，摩擦力较大、或表面质当表面接触应力较小，摩擦力较大、或表面质量较差，如表面存在脱碳、烧伤、淬火不足、存在夹杂物量较差，如表面存在脱碳、烧伤、淬火不足、存在夹杂物等缺陷时，容易产生麻点剥落。前者原因在于表面最大综等缺陷时，容易产生

86、麻点剥落。前者原因在于表面最大综合切应力较高；后者原因合切应力较高；后者原因 是材料抗剪切强度低。是材料抗剪切强度低。1.在最大综合切应力作用在最大综合切应力作用下产生塑性变形，形下产生塑性变形，形成裂纹。成裂纹。2.润滑油挤入，在较高的润滑油挤入，在较高的压力作用下，裂纹扩压力作用下，裂纹扩展，与滚动方向小于展，与滚动方向小于45度倾角。度倾角。3.在尖端应力集中处产生在尖端应力集中处产生二次裂纹，垂直于初二次裂纹，垂直于初始裂纹。始裂纹。4.二次裂纹向表面扩展，二次裂纹向表面扩展，到达表面时，剥落一到达表面时，剥落一块金属形成一凹坑。块金属形成一凹坑。（2）浅层剥落：）浅层剥落： 多出现在

87、零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩擦力小的情况下。多出现在零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩擦力小的情况下。 （a）裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变形最剧烈。）裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变形最剧烈。 （b）在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行，使材料局部弱化。）在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行，使材料局部弱化。(c)在非金属夹杂物附近形成裂纹，沿非金属夹杂物平行于表面扩展。在非金属夹杂物附近形成裂纹，沿非金属夹杂物平行于表面扩展。(d)在滚动及摩擦力的作用下又产生与表面成一定倾角的二次裂纹，二次在滚动及摩擦力的作用下又产生与表面成一定倾角的二次裂纹，二次裂纹扩展

88、到表面，另一端则形成悬臂梁。裂纹扩展到表面，另一端则形成悬臂梁。(e)反复弯曲发生断裂，形成浅层剥落。反复弯曲发生断裂，形成浅层剥落。条件：纯滚动或摩擦力较小条件：纯滚动或摩擦力较小次表层受循环切应力，裂纹次表层受循环切应力，裂纹垂直扩展垂直扩展. .深度为深度为（3）深层剥落：）深层剥落： 对于表面硬化处理的部件，心部强度低、硬化层深度对于表面硬化处理的部件，心部强度低、硬化层深度不合理或硬度梯度太大等都易造成深层剥落。不合理或硬度梯度太大等都易造成深层剥落。 * 初始裂纹常出现在过渡区，该区切应力不大，但力学性初始裂纹常出现在过渡区，该区切应力不大，但力学性能较弱，切应力高于材料强度而产生

89、裂纹。裂纹形成后先能较弱，切应力高于材料强度而产生裂纹。裂纹形成后先平行于表面扩展，即沿过度区扩展，而后再垂直表面扩展，平行于表面扩展，即沿过度区扩展，而后再垂直表面扩展，最后形成较深的剥落坑。最后形成较深的剥落坑。条件：表面硬化层深度不足条件：表面硬化层深度不足裂纹位于硬化层与心部交界处裂纹位于硬化层与心部交界处. .深度深度0.4mm0.4mm5 5 影响疲劳磨损的因素影响疲劳磨损的因素 接接触触疲疲劳劳磨磨损损过过程程十十分分复复杂杂，影影响响因因素素繁繁多多，可可以以归归纳纳为为以以下下四四个个方方面面:在在干干摩摩擦擦或或润润滑滑条条件件下下的的宏宏观观应应力力场场；摩摩擦擦副副材材

90、料料的的机机械械性性质质和和强强度度；材材料料内内部部缺缺陷陷的的几几何何形形状状和分布密度；和分布密度； 润滑剂或介质与摩擦副材料的作用。润滑剂或介质与摩擦副材料的作用。v 载荷性质载荷性质载荷性质载荷性质 首首先先载载荷荷大大小小决决定定了了摩摩擦擦副副的的宏宏观观应应力力场场，直直接接影影响响疲疲劳劳裂裂纹纹的的萌萌生生和和扩扩展展，通通常常认认为为是是决决定定疲疲劳劳磨磨损损寿寿命命的的基基本本因因素素。此此外外，载载荷荷性性质质也也有有着着巨巨大大的的影影响响。短短期期的的高高峰峰载载荷荷周周期期性性地地附附加加在在基基本本载载荷荷上上反反而而提提高高接接触触疲疲劳劳寿寿命命。只只有

91、有当当高高峰峰载载荷荷作作用用时时间间接接近近于于循循环环周周期期时时间间一一半半时时，才才开开始始降降低低接接触触疲疲劳劳寿寿命命。应应力力循循环环速速度度也也影影响响接接触触疲疲劳劳。由由于于摩摩擦擦表表面面在在每每次次接接触触中中都都要要产产生生热热量量，应应力力循循环环速速度度越越大大，表表面面积积聚聚热热量量和和温温度度就就越越高高，使金属软化而降低机械性能，因此加速表面疲劳磨损。使金属软化而降低机械性能，因此加速表面疲劳磨损。 v材料性能材料性能 钢钢材材的的冶冶炼炼质质量量对对零零件件的的接接触触疲疲劳劳磨磨损损寿寿命命有有明明显显的的影影响响。钢钢中中非非金金属属夹夹杂杂物物破

92、破坏坏了了基基体体的的连连续续性性，严严重重降降低低接接触触疲疲劳劳寿寿命命。特特别别是是脆脆性性夹夹杂杂物物，在在循循环环应应力力作作用用下下与与基基体体材材料料脱脱离离形形成成空空穴穴，构构成成应应力力集集中中源源，从从而而导导致致疲疲劳劳裂裂纹纹的的早早期期出出现现。轴轴承承钢钢对对非非金金属属夹夹杂杂物物有有严严格格的的要要求求。轴轴承承钢钢的的接接触触疲疲劳劳寿寿命命与与夹夹杂杂物物的的类类型型、形形态态和和数数量量有有很很大大的的关关系系。夹夹杂杂物物尺尺寸寸愈愈大大、分分布布愈愈不不均均匀匀，危危害害愈愈大大。特特别别是是位位于于接接触触面面表表层层( (大大约约1mm)1mm)

93、的的夹夹杂杂物物影影响响更更大大。钢钢中中的的氧氧、氢氢、氮氮等等气气体也会降低滚动元件的接触疲劳寿命。体也会降低滚动元件的接触疲劳寿命。 在在滚滚动动接接触触情情况况下下，滚滚动动元元件件的的材材料料匹匹配配非非常常重重要要。材材料料的的弹弹性性和和塑塑性性对对滚滚动动接接触触疲疲劳劳寿寿命命有有很很大大的的影影响响。可可通通过过试验来确定最佳的匹配关系。试验来确定最佳的匹配关系。v材料性能材料性能 通通常常增增加加材材料料硬硬度度可可以以提提高高抗抗疲疲劳劳磨磨损损能能力力, ,但但硬硬度度过过高高, ,材材料料脆脆性性增增加加, ,反反而而降降低低接接触触疲疲劳劳寿寿命命。渗渗碳碳钢钢或

94、或其其它它表表面面硬硬化化钢钢的的硬硬化化层层厚厚度度影影响响抗抗疲疲劳劳磨磨损损能能力力。硬硬化化层层太太簿簿时时, ,疲疲劳劳裂裂纹纹将将出出现现在在硬硬化化层层与与基基体体的的连连接接处处, ,容容易易形形成成表表层层剥剥落落。选选择择硬硬化化层层厚厚度度应应使使疲疲劳劳裂裂纹纹产产生生在在硬硬化化层层内内。此此外外, ,合合理理地地提提高硬化钢基体的硬度可以改善表面抗疲劳磨损性能。高硬化钢基体的硬度可以改善表面抗疲劳磨损性能。 接接触触疲疲劳劳磨磨损损产产生生于于滚滚动动元元件件接接触触表表面面，所所以以表表面面状状态态对对接接触触疲疲劳劳寿寿命命有有很很大大的的影影响响。粗粗糙糙的的

95、表表面面容容易易出出现现点点蚀蚀。以以滚滚动动轴轴承承为为例例，粗粗糙糙度度为为Ra Ra 0.20.2的的轴轴承承寿寿命命比比Ra Ra 0.40.4的的高高 2 23 3倍倍，而而粗粗糙糙度度低低于于Ra Ra 0.050.05的的对对寿寿命命影影响响甚甚微微。此此外外，在在部部分分膜膜弹弹流流润润滑滑状状态态下下，由由油油膜膜厚厚度度和和表表面面粗粗糙糙度度所所确确定定的的膜厚比是影响表面疲劳的重要参数。膜厚比是影响表面疲劳的重要参数。 v润滑剂的物理与化学作用润滑剂的物理与化学作用 增增加加润润滑滑油油的的粘粘度度将将提提高高抗抗接接触触疲疲劳劳能能力力。通通常常认认为为增增加加润润滑

96、滑剂剂粘粘度度可可以以提提高高疲疲劳劳寿寿命命是是由由于于弹弹流流油油膜膜增增厚厚, ,从从而而减减轻轻粗粗糙糙峰峰互互相相作作用用的的结结果果。但但其其不不能能解解释释某某些些无无油油滚滚动动时时不不出现接触疲劳出现接触疲劳, ,而加入润滑油后迅速发生接触疲劳的现象。而加入润滑油后迅速发生接触疲劳的现象。 改改变变润润滑滑剂剂的的粘粘度度数数值值可可使使接接触触疲疲劳劳寿寿命命差差别别2 2倍倍，而而润润滑滑剂剂的的化化学学成成分分不不同同可可以以影影响响接接触触疲疲劳劳寿寿命命变变化化1010倍倍。一一般般说说来来，润润滑滑剂剂中中含含氧氧和和水水分分将将剧剧烈烈地地降降低低接接触触疲疲劳

97、劳寿寿命命。当当含含有有对对裂裂纹纹尖尖端端有有腐腐蚀蚀作作用用的的化化学学成成分分时时，也也显显著著降降低低接接触触疲疲劳劳寿寿命命。如如果果添添加加剂剂能能够够生生成成较较强强的的表表面面膜膜并并减减小小摩摩擦擦时，将提高抗疲劳磨损能力。时，将提高抗疲劳磨损能力。 环环境境对对于于接接触触疲疲劳劳磨磨损损也也有有一一定定的的影影响响。在在有有腐腐蚀蚀介介质质的的环环境境中中，或或者者矿矿物物油油中中含含有有水水分分，都都加加速速接接触触疲疲劳劳磨磨损损。温温度度升升高高，将将使使润润滑滑剂剂的的粘粘度度降降低低，油油膜膜厚厚度度减减小小，导导致致接接触疲劳磨损加剧。触疲劳磨损加剧。第五节第

98、五节 其他形式磨损其他形式磨损1. 定义：定义：一、冲蚀磨损一、冲蚀磨损 冲冲蚀蚀磨磨损损(Erosion或或Erosive Wear)是是指指流流体体或或固固体体颗颗粒粒以以一一定定的的速速度度和和角角度度对对材材料料表表面面进进行行冲冲击击所所造造成成的的磨磨损损；根根据据颗颗粒粒及及其其携携带带介介质质的的不不同同，冲冲蚀蚀磨磨损损又又可可分分为为气气固固冲冲蚀蚀磨损、流体冲蚀磨损、液滴冲蚀和气蚀等磨损、流体冲蚀磨损、液滴冲蚀和气蚀等。 在在自自然然界界和和工工矿矿生生产产中中，存存在在着着大大量量的的冲冲蚀蚀磨磨损损现现象象。例例如如矿矿山山的的气气动动输输送送管管道道中中物物料料对对

99、管管道道的的磨磨损损，锅锅炉炉管管道道被被燃燃烧烧的的灰灰尘尘冲冲蚀蚀，喷喷砂砂机机的的喷喷嘴嘴受受砂砂粒粒的的冲冲蚀蚀，抛抛丸丸机机叶叶片片被被铁铁(钢钢)丸丸冲冲蚀蚀，各各种种排排料料泵泵中中磨磨粒粒对对叶叶轮轮和和泵泵体体的的磨磨损损，蒸蒸汽汽透透平平机机叶叶片片被被凝凝结结水水滴滴撞撞击击，水水轮轮机机叶叶轮轮被被水水中中的的砂砂粒粒撞撞击击，直直升升飞飞机机的的螺螺旋旋浆浆被被空空气气中中的的灰灰尘尘冲冲蚀蚀，火箭发动机火箭发动机层部喷嘴受燃气的冲刷等等。层部喷嘴受燃气的冲刷等等。 2 2、冲蚀磨损理论、冲蚀磨损理论 对对于于冲冲蚀蚀磨磨损损的的研研究究，早早在在二二十十世世纪纪40

100、年年代代就就开开始始了了。起起初初人人们们主主要要研研究究冲冲蚀蚀磨磨损损的的规规律律和和各各种种影影响响因因素素。然然而而关关于于冲冲蚀蚀磨磨损损理理论论的的研研究究，则则是是近近三三十十几几年年才才发发展展起起来来的的。许许多多研研究究者者提提出出了了冲冲蚀蚀磨磨损损的的理理论论和和模模型型。其其中中影影响响较较大大的的有有切切削削磨磨损损理理论论、断断裂裂磨磨损损理理论论、变变形形磨磨损损理理论论、绝绝热热剪剪切切与与变形局部化磨损理论变形局部化磨损理论和和薄片剥落磨损理论薄片剥落磨损理论等。等。延性材料的切削理论延性材料的切削理论延性材料的切削理论延性材料的切削理论 芬芬尼尼于于195

101、8年年首首先先提提出出延延性性材材料料的的切切削削理理论论。他他认认为为磨磨粒粒就就如如一一把把微微型型刀刀具具，当当它它划划过过靶靶材材表表面面时时便便把把材材料料切切除除而而产产生生磨磨损损。该该模模型型假假设设一一颗颗多多角角形形磨磨粒粒，质质量量为为m，以以一一定定速度速度v，冲角，冲角冲击到靶材的表面，其物理模型如下图所示。冲击到靶材的表面，其物理模型如下图所示。式式式式中中中中：mm冲冲冲冲蚀蚀蚀蚀磨磨磨磨粒粒粒粒的的的的质质质质量量量量；vv磨磨磨磨粒粒粒粒的的的的冲冲冲冲蚀蚀蚀蚀速速速速度度度度；VV靶靶靶靶材材材材的的的的磨磨磨磨损损损损体体体体积积积积；pp靶靶靶靶材材材材

102、的的的的流流流流动动动动应应应应力力力力； 一一一一磨磨磨磨粒粒粒粒的的的的冲冲冲冲击击击击角角角角；KK常数。常数。常数。常数。 由由上上式式可可以以看看出出，材材料料的的磨磨损损体体积积与与磨磨粒粒的的质质量量和和速速度度的的平平方方(即即磨磨粒粒的的动动能能)成成正正比比，与与靶靶材材的的流流动动应应力力成成反反比比，与与冲冲角角，成成一一定定的的函函数数关关系系。由由切切削削模模型型计计算算得得到到的的冲冲蚀蚀磨磨损体积与某些实验结果基本吻合。损体积与某些实验结果基本吻合。 由理论分析可得出靶由理论分析可得出靶材的磨损体积为：材的磨损体积为： 脆性材料的断裂理论脆性材料的断裂理论 脆脆

103、性性材材料料在在磨磨料料冲冲击击下下几几乎乎不不产产生生变变形形。根根据据赫赫兹兹应应力力分分析析，认认为为脆脆性性材材料料在在冲冲蚀蚀磨磨损损时时，在在材材料料表表面面存存在在缺缺陷陷的的地地方方产产生生裂裂纹纹，裂裂纹纹不不断断扩扩展展而而形形成成碎碎片片剥剥落落。脆脆性性材材料料的的冲冲蚀蚀磨磨损损规规律律与与延延性性材材料料不不同同。当当磨磨粒粒尺尺寸寸较较大大时时，磨磨损损量量随冲角的增大而增加。当冲角随冲角的增大而增加。当冲角等于等于90时，磨损量最大。时，磨损量最大。 根根据据谢谢尔尔登登和和芬芬尼尼对对冲冲角角为为90时时脆脆性性材材料料的的冲冲蚀蚀磨磨损损断断裂裂模型。脆性材

104、料模型。脆性材料(单位重量磨粒的单位重量磨粒的)冲蚀磨损量的表达式冲蚀磨损量的表达式式中：式中： r磨粒的尺寸；磨粒的尺寸；v0磨粒的速度；磨粒的速度； b2.4 m/(m-2)；m材料缺陷分布常数，材料缺陷分布常数， a3m/(m-2)（球形磨粒）；（球形磨粒）；a3.6m/(m-2)（多角形磨粒）；（多角形磨粒）；K1E0.8/b2， E靶材的靶材的弹性模量，弹性模量，b材料的弯曲强度。材料的弯曲强度。变形磨损理论变形磨损理论 比比特特(Bitter)于于1963年年提提出出把把冲冲蚀蚀磨磨损损分分为为变变形形磨磨损损与与切切削削磨磨损损两两部部分分。他他认认为为90冲冲角角下下的的冲冲蚀

105、蚀磨磨损损是是和和粒粒子子冲冲击时靶材的变形有关。并在此基础上提出变形磨损理论。击时靶材的变形有关。并在此基础上提出变形磨损理论。 比比特特认认为为反反复复冲冲击击产产生生加加工工硬硬化化，并并提提高高材材料料的的弹弹性性极极限限，直直到到应应力力超超过过材材料料的的强强度度，形形成成裂裂纹纹。他他从从能能量量观观点点出出发，推导出变形磨损量发，推导出变形磨损量WD和切削磨损量和切削磨损量WC，而总磨损量，而总磨损量W WD WC 变变形形磨磨损损理理论论的的设设想想是是正正确确的的，并并得得到到后后来来许许多多试试验验研研究究的的证证实实。但但是是比比特特本本人人并并没没有有深深入入的的阐阐

106、明明磨磨损损过过程程中中材材料料去去除除的的物物理理模模型型。谢谢尔尔登登和和凯凯希希尔尔于于1972年年设设计计了了第第一一台台单单颗颗粒粒冲冲蚀蚀磨磨损损试试验验机机。直直接接观观察察了了单单颗颗粒粒冲冲蚀蚀磨磨损损的的磨磨痕痕形形貌貌，发发现现在在球球形形粒粒子子冲冲击击坑坑边边缘缘出出现现“挤挤出出唇唇”，并并很很容容易易地地被被随后冲击的磨粒打掉。进一步验证了变形磨损理论。随后冲击的磨粒打掉。进一步验证了变形磨损理论。绝热剪切与变形局部化磨损理论绝热剪切与变形局部化磨损理论 哈哈青青斯斯首首先先把把绝绝热热剪剪切切与与变变形形局局部部化化的的概概念念引引入入冲冲蚀蚀磨磨损损过过程程，

107、并并用用绝绝热热剪剪切切敏敏感感性性较较大大的的钛钛合合金金作作冲冲蚀蚀磨磨损损试试验验，证证实实了了绝绝热热剪剪切切作作用用的的存存在在。其其用用9.5mm钢钢球球以以270ms的的速速度度冲冲击击低低碳碳钢钢时时发发现现变变形形唇唇。在在一一个个狭狭窄窄的的带带状状区区域域变变形形非非常常严严重重。他他还还用用高高速速摄摄影影机机研研究究粒粒子子的的冲冲击击过过程程，估估算算了了冲冲蚀蚀时时材材料料的的应应变变率率高高达达105107/s。在在这这样样高高的的应应变变率率下下，材材料料将将产产生生很很高高的的温温升升。首首先先是是使使变变形形过过程程绝绝热热化化，其其次次是是变变形形的的局

108、局部部化化将将形形成成绝绝热热剪剪切切带带。克克里里蒂蒂曼曼等等人人在在铝铝合合金金的的冲冲蚀蚀磨磨损损试试验验中中观观察察到到绝绝热热剪剪切切带带，并并在在磨磨粒粒的的冲冲速速为为185ms时时发发现现局局部部熔熔化化。奎奎迪迪耳耳等等人人在在铜铜合合金金中中也也观观察察到到绝绝热热剪剪切切带带。尤尤斯斯特特以以及及布布朗朗等等人人观观察察到到由由于于绝绝热热剪剪切切和和变变形局部化造成的材料熔化现象。形局部化造成的材料熔化现象。 现现在在绝绝热热剪剪切切和和变变形形局局部部化化磨磨损损理理论论已已经经得得到到普普遍遍的的承承认认。一些研究者并提出相应的数学模型。一些研究者并提出相应的数学模

109、型。薄片剥落磨损理论薄片剥落磨损理论 莱莱维维等等使使用用分分步步冲冲蚀蚀试试验验法法和和单单颗颗粒粒寻寻迹迹法法研研究究冲冲蚀蚀磨磨损损的的动动态态过过程程。他他们们发发现现不不论论是是大大冲冲角角(例例如如90冲冲角角)还还是是小小冲冲角角的的冲冲蚀蚀磨磨损损，由由于于磨磨粒粒的的不不断断冲冲击击，使使靶靶材材表表面面材材料料不不断断的的受受到到前前推推后后挤挤，于于是是产产生生小小的的、薄薄的的、高高度度变变形形的的薄薄片片。形形成成薄薄片片的的大大应应变变出出现现在在很很薄薄的的表表面面层层中中，该该表表面面层层由由于于绝绝热热剪剪切切变变形形而而被被加加热热到到(或或接接近近于于)金

110、金属属的的退退火火温温度度，于于是是形形成成一一个个软软的的表表面面层层。在在这这个个软软的的表表面面层层的的下下面面，有有一一个个由由于于材材料料塑塑性性变变形形而而产产生生的的加加工工硬硬化化区区。这这个个硬硬的的次次表表层层一一旦旦形形成成，将将会会对对表表面面层层薄薄片片的的形形成成起起促促进进作作用用。在在反反复复的的冲冲击击和和挤挤压压变变形形作作用用下下，靶靶材材表表面面形形成成的的薄薄片片将将从从材材料料表表面面剥剥落落下下来。来。 薄薄片片剥剥落落磨磨损损理理论论提提出出后后，得得到到许许多多研研究究者者的的证证实实。因因而而可可以以认认为为薄薄片片剥剥落落磨磨损损理理论论是

111、是当当前前延延性性材材料料冲冲蚀蚀磨磨损损中中的的一一种种较较有有前前途途的的磨磨损损理理论论。但但莱莱维维只只承承认认在在冲冲浊浊磨磨损损中中存存在在薄薄片剥落机理，而不承认有切削机理的存在，这是值得探讨的。片剥落机理，而不承认有切削机理的存在，这是值得探讨的。（3 3）影响冲蚀磨损的主要因素）影响冲蚀磨损的主要因素磨粒的影响磨粒的影响磨粒的影响磨粒的影响vv磨粒硬度的影响磨粒硬度的影响磨粒硬度的影响磨粒硬度的影响 一一般般认认为为冲冲蚀蚀磨磨损损量量是是磨磨粒粒硬硬度度的的函函数数。冲冲蚀蚀磨磨损损量量与与磨磨粒粒硬硬度度之之间的关系式为间的关系式为KH2.3vv磨粒形状的影响磨粒形状的影

112、响磨粒形状的影响磨粒形状的影响 显显然然尖尖角角形形的的磨磨粒粒比比圆圆球球形形磨磨粒粒在在同同样样条条件件下下产产生生更更大大的的冲冲蚀蚀磨磨损损。甚甚至至低低硬硬度度的的多多角角形形磨磨粒粒比比高高硬硬度度的的圆圆球球形形磨磨粒粒产生的磨损更大。产生的磨损更大。vv磨粒尺寸的影响磨粒尺寸的影响磨粒尺寸的影响磨粒尺寸的影响 磨磨粒粒尺尺寸寸很很小小时时，对对冲冲蚀蚀磨磨损损影影响响不不大大。随随着着磨磨粒粒尺尺寸寸增增大大，靶靶材材的的冲冲蚀蚀磨磨损损也也增增大大，当当磨磨粒粒尺尺寸寸增增大大到到一一定定值值(磨磨粒粒的的临临界界尺尺寸寸)时，磨损几乎不再增加。这一现象称为时，磨损几乎不再增

113、加。这一现象称为“尺寸效应尺寸效应” 。 vv磨粒破碎的影响磨粒破碎的影响磨粒破碎的影响磨粒破碎的影响 磨磨粒粒在在冲冲击击靶靶材材表表面面时时，往往往往会会产产生生大大量量碎碎片片。这这些些碎碎片片能能除除去去磨磨粒粒在在以以前前冲冲击击时时在在靶靶材材表表面面形形成成的的挤挤出出唇唇或或翻翻皮皮，增增加加靶靶材材的的磨磨损损。这这种种由由于于碎碎片片造造成成的的磨磨损损称称为为二二次次磨磨损损，而而磨磨粒粒末末形形成成碎碎片片时时造造成成的的磨磨损损称称为为一一次次磨磨损损，冲冲蚀蚀磨磨损损是是一次磨损与二次磨损的总和。一次磨损与二次磨损的总和。 vv磨粒嵌镶的影响磨粒嵌镶的影响磨粒嵌镶的

114、影响磨粒嵌镶的影响 在在冲冲蚀蚀磨磨损损的的初初期期，由由于于磨磨粒粒嵌嵌镶镶于于靶靶材材的的表表面面，因因此此靶靶材材的的冲冲蚀蚀磨磨损损量量很很小小，甚甚至至不不是是产产生生失失重重而而是是增增重重，即即产产生生负负磨磨损损，这这一一阶阶段段称称为为“孕孕育育期期”。经经过过一一段段时时间间(或或冲冲蚀蚀了了一一定定量量的的磨磨粒粒)之之后后，当当靶靶材材的的磨磨损损量量大大大大超超过过嵌嵌镶镶量量时时，才才变变为为正正磨磨损损。随随着着冲冲蚀蚀磨磨粒粒数数量量的的增增加加，靶靶材材的的磨磨损损量也稳定增加，这一阶段称为稳定量也稳定增加，这一阶段称为稳定(态态)冲蚀期。冲蚀期。冲蚀速度的影

115、响冲蚀速度的影响 磨磨粒粒的的冲冲蚀蚀速速度度对对冲冲蚀蚀磨磨损损影影响响很很大大，这这是是因因为为冲冲蚀蚀磨磨损损与与磨磨粒粒的的动动能能有有直直接接的的关关系系。许许多多研研究究表表明明，冲冲蚀蚀磨磨损损量量与磨粒的速度存在以下关系式与磨粒的速度存在以下关系式Kvn式式中中K是是常常数数， v是是磨磨粒粒的的冲冲蚀蚀速速度度，n是是速速度度指指数数，一一般般情况下情况下n23； 比比特特认认为为存存在在一一个个速速度度门门坎坎值值，低低于于这这个个数数值值则则不不产产生生冲冲蚀蚀磨磨损损，只只发发生生弹弹性性变变形形。蒂蒂利利还还提提出出速速度度门门坎坎值值与与磨磨粒粒大小有关。大小有关。

116、冲角的影响冲角的影响 冲冲角角是是指指磨磨粒粒与与靶靶材材表表面面之之间间的的倾倾角角。冲冲角角对对冲冲蚀蚀磨磨损损的的影影响响与与靶靶材材有有很很大大的的关关系系。延延性性材材料料的的冲冲蚀蚀磨磨损损开开始始随随冲冲角角增增加加而而增增大大，当当冲冲角角为为2030时时，磨磨损损最最大大。然然后后随随冲冲角角继继续续增增大大而而减减小小。脆脆性性材材料料则则随随冲冲角角的的增增加加，磨磨损损量量不不断断增大，当冲角为增大，当冲角为90时，磨损最大。时，磨损最大。 冲冲角角对对靶靶材材的的冲冲蚀蚀磨磨损损机机制制有有很很大大的的影影响响。低低角角度度冲冲蚀蚀时时，磨磨损损机机制制以以微微切切削

117、削和和犁犁沟沟为为主主，多多角角形形磨磨粒粒尤尤其其如如此此。高高角角度度冲冲蚀蚀时时，延延性性材材料料起起初初表表现现为为凿凿坑坑和和塑塑性性挤挤出出，多多次次冲冲击击经经反反复复变变形形和和疲疲劳劳，引引起起断断裂裂与与剥剥落落。脆脆性性材材料料在在大大尺尺寸寸磨磨粒粒和和大大冲冲击击能能量量的的垂垂直直冲冲击击下下，以以产产生生环环形形裂裂纹纹和和脆脆性性剥剥落落为为主主，往往往往一一次次冲冲击击就就能能使使材材料料流流失失。但但在在小小尺尺寸寸磨磨粒、冲击能量较小时，则可能具有延性材料的特征。粒、冲击能量较小时，则可能具有延性材料的特征。温度的影响温度的影响 有有些些零零件件是是在在一

118、一定定温温度度下下经经受受冲冲蚀蚀磨磨损损的的。例例如如燃燃气气轮轮机机叶叶片片。温温度度对对冲冲蚀蚀磨磨损损的的影影响响有有两两种种完完全全不不同同的的结结论论。一一些些试试验验结结果果表表明明，随随着着环环境境温温度度的的升升高高，冲冲蚀蚀磨磨损损加加剧剧。另另一一些些试试验验结结果果表表明明，随随着着环环境境温温度度升升高高，冲冲蚀蚀磨磨损损量量减减小小。蒂蒂利利认认为为这这是是由由于于在在高高温温下下这这些些材材料料的的塑塑性性提提高高，而而延延性性材材料料随随着着塑塑性性的的提提高高，耐耐磨磨性性也也有有所所提提高高。也也有有人人认认为为在在高高温温下材料表面形成氧化膜，对冲蚀磨损也

119、有一定的影响。下材料表面形成氧化膜，对冲蚀磨损也有一定的影响。靶材的影响靶材的影响 靶材对冲蚀磨损的影响还与冲击角和磨粒的类型、尺靶材对冲蚀磨损的影响还与冲击角和磨粒的类型、尺寸、形状、速度等因素有关。迄今为止，对于靶材的影响还寸、形状、速度等因素有关。迄今为止，对于靶材的影响还研研究究得得很很不不深深入入，有有些些研研究究结结果果还还相相互互矛矛盾盾。其其主主要要与与宏宏观观硬度、加工硬化、材料组织等有关。硬度、加工硬化、材料组织等有关。尺寸：尺寸：尺寸小，影响不大，随尺寸增加，磨损增大，尺寸到一定值时，磨尺寸小，影响不大，随尺寸增加，磨损增大，尺寸到一定值时，磨损几乎不再增大。损几乎不再增

120、大。（2）冲蚀速度：）冲蚀速度： 速度对磨损的影响很大，因为冲蚀磨速度对磨损的影响很大，因为冲蚀磨损与磨粒的动能有直接关系。研究表明，损与磨粒的动能有直接关系。研究表明，磨损量与磨粒速度有下列关系：磨损量与磨粒速度有下列关系： W = K n n 速度指数，一般为速度指数，一般为23，塑性材料波，塑性材料波动小，取动小，取2.32.4，脆性材料波动较大，脆性材料波动较大，取取2.26.5。（3）冲击角：）冲击角： 主要与靶材料有关。主要与靶材料有关。 塑性材料塑性材料的磨损开始随冲击角的增加而增加，当冲击角为的磨损开始随冲击角的增加而增加，当冲击角为2030度时，磨度时，磨损量最大，然后随冲击

121、角继续增大而减小。损量最大，然后随冲击角继续增大而减小。 脆性材料脆性材料随冲击角的增大，磨损量不断增大，当冲击角为随冲击角的增大，磨损量不断增大，当冲击角为90度时，磨损率度时，磨损率最大。最大。（1 1）定义与分类）定义与分类vv定义：定义： 在在液液体体、气气体体或或润润滑滑剂剂的的工工作作环环境境中中，相相互互作作用用的的摩摩擦擦表表面面之之间间会会发发生生化化学学或或电电化化学学反反应应，在在表表面面形形成成腐腐蚀蚀产产物物，这这些些腐腐蚀蚀产产物物常常粘粘附附不不牢牢，在在摩摩擦擦过过程程中中被被剥剥落落下下来来，而而新新的的表表面面又又继继续续和和介介质质发发生生反反应应，这这种

122、种腐腐蚀蚀和和磨磨损损的的相相互互重重复复过过程程，称称为为腐腐蚀蚀磨磨损损。腐腐蚀蚀磨磨损损是是极极为为复复杂杂的的过过程程，环环境境、温温度度、介介质质、滑滑动动速速度度、载载荷荷及及润润滑滑条条件件稍稍有有变变化化，都都会会使使磨磨损发生很大的变化。损发生很大的变化。vv分类：分类： 腐腐蚀蚀磨磨损损可可分分为为化化学学腐腐蚀蚀磨磨损损与与电电化化学学腐腐蚀蚀磨磨损损，化化学学腐腐蚀磨损又可分为蚀磨损又可分为氧化磨损氧化磨损和和特殊介质腐蚀磨损特殊介质腐蚀磨损两种。两种。二 化学磨损（2 2）氧化磨损）氧化磨损 氧化磨损过程： 在在摩摩擦擦过过程程中中，金金属属表表面面受受空空气气或或润

123、润滑滑剂剂中中氧氧的的作作用用形形成成氧氧化化膜膜，然然后后氧氧化化物物不不断断地地被被磨磨去去而而使使零零件件金金属属发发生生损损耗耗的的现现象象，称称为为氧氧化化磨磨损损。除除极极少少数数贵贵金金属属外外，洁洁净净的的金金属属一一旦旦与与空空气气接接触触，立立即即与与空空气气中中的的氧氧反反应应成成为为单单分分子子层层的的氧氧化化膜膜。以后膜的厚度逐渐增长，其增长速率随时间而变化。以后膜的厚度逐渐增长，其增长速率随时间而变化。 在在摩摩擦擦过过程程中中，由由于于固固体体表表面面和和介介质质间间相相互互作作用用的的活活性性增增加加，故故形形成成氧氧化化膜膜的的速速率率要要比比静静态态时时快快

124、得得多多，因因此此在在摩摩擦擦过过程程个个被被磨磨去去的的氧氧化化膜膜在在下下一一次次摩摩擦擦的的间间歇歇中中会会迅迅速速地地生生长长出出来来，并并被被继继续续磨磨去去。这这便便是是氧氧化化磨磨损损过过程程。造造成成氧氧化化磨磨损损的的条条件件有有三三：(1)(1)摩摩擦擦表表面面氧氧化化的的速速率率大大于于氧氧化化膜膜被被磨磨损损的的速速率率；(2)(2)氧氧化化膜膜与与基基体体结结合合的的强强度度大大于于摩摩擦擦表表面面的的剪剪切切应应力；力；(3)(3)氧化膜厚度大于表面磨损破坏的深度。氧化膜厚度大于表面磨损破坏的深度。氧化磨损方程：氧化磨损方程： Archard的的粘粘着着磨磨损损方方

125、程程，首首先先且且主主要要的的是是假假设设表表面面相相互互作作用用发发生生在在完完全全洁洁净净的的条条件件下下，也也就就是是说说在在完完全全真真空空中中才才能能满满足足。但但实实际际并并非非如如此此，金金属属在在大大气气中中，表表面面不不可可避避免免地地会蒙上一层粘染膜，魁音会蒙上一层粘染膜，魁音(Quin)曾推导出钢的氧化磨损方程。曾推导出钢的氧化磨损方程。 假假如如将将Archard方方程程中中的的磨磨损损系系数数K理理解解为为在在磨磨损损时时，磨磨屑屑脱脱落落以以前前需需要要1K次次接接触触才才能能形形成成厚厚度度为为的的临临界界氧氧化化膜膜。这这就就是是说说，假假定定在在微微凸凸体体每

126、每次次接接触触时时摩摩擦擦热热都都促促使使氧氧化化物物形形成成，直直到到经经数数次次接接触触后后，氧氧化化膜膜的的厚厚度度足足以以使使它它脱脱离离金金属属基基体体为为止止。氧氧化化膜膜可可能能被被硬硬的的微微凸凸体体简简单单地地犁犁去去，或或者者由由于于粘粘着着作作用用而而脱脱开开。 若若t为为一一次次接接触触所所需需的的时时间间，则则形形成成临临界界厚厚度所需的总时间度所需的总时间t为为ttK （1）氧化磨损方程：氧化磨损方程：若若d为一次遭遇时的滑动距离，为一次遭遇时的滑动距离，v为滑动速度，则为滑动速度，则tdv将将t之值代入式之值代入式(41)中得中得 tdvK （2） 根据扩散理论，

127、单位面积上生成氧化物的质量根据扩散理论，单位面积上生成氧化物的质量m可从下式可从下式得到得到 m2Ct，设，设m式中式中C为常数，为常数， 为氧化膜密度。有为氧化膜密度。有2 Ct/2即即 t 2 2/ C （3）氧化磨损方程：氧化磨损方程：联立（联立（42）与（）与（43）式，有）式，有d/vK=2 2 /CK=Cd/v 2 2 （4）已知已知 CA0exp(一一ERT) （5）式式中中： A0阿阿仑仑纽纽斯斯常常数数；E激激活活能能；R通通用用气体常数；气体常数；T滑动界面上的绝对温度。滑动界面上的绝对温度。将式将式(45)中的中的C值代入式值代入式(44)中得中得KA0exp(E/RT)

128、d/v2 2 (6)氧化磨损方程：氧化磨损方程：将将K值代入值代入Archard方程方程氧化磨损方程为氧化磨损方程为Wv/S=A0exp(E/RT)d/v2 2L/3H (7) 由由式式可可知知，单单位位滑滑动动距距离离的的体体积积磨磨损损量量直直接接受受控控于于K，高高K值值意意味味着着磨磨损损增增加加。式式中中的的d，假假设设接接触触面面积积为为圆圆形形，则则d为为圆圆面面积积，由由法法向向载载荷荷来来决决定定。T表表示示表表面面温温度度，T增增高高和和滑滑动动速速度度增增高高都都使使氧氧化化变变得得容容易易，减减少少磨磨损损。2一一项项，比比较较难难以以解释。在解释。在(47)式中表示临

129、界氧化膜愈厚则磨损率愈小。式中表示临界氧化膜愈厚则磨损率愈小。氧化膜性质对磨损的影响：氧化膜性质对磨损的影响：vv氧化膜与基体金属的体积比氧化膜与基体金属的体积比 氧氧化化膜膜的的破破坏坏速速率率取取决决于于其其与与基基体体的的结结合合强强度度和和所所作作用用的的应应力力。若若氧氧化化物物的的体体积积与与生生成成这这部部分分氧氧化化物物所所消消耗耗的的基基体体金金属属的的体体积积差差不不多多，则则氧氧化化物物所所形形成成的的膜膜是是致致密密的的、完完整整的的并牢固地覆盖在金属表面上。并牢固地覆盖在金属表面上。 若若氧氧化化物物的的体体积积比比基基体体金金属属体体积积小小，则则膜膜中中出出现现拉

130、拉应应力力，使膜破裂，或出现多孔疏松的膜。使膜破裂，或出现多孔疏松的膜。 若若氧氧化化物物的的体体积积大大于于金金属属的的体体积积，随随着着氧氧化化膜膜的的生生长长，膜膜的的体体积积不不断断膨膨胀胀，在在膜膜内内形形成成平平行行于于表表面面的的压压应应力力以以及及垂垂直直于于表表面面膜膜使使膜膜脱脱开开表表面面的的拉拉应应力力。膜膜愈愈厚厚则则内内应应力力愈愈大大。这样就会使表面膜形成裂纹或从表面脱落。这样就会使表面膜形成裂纹或从表面脱落。 另另外外，如如表表面面温温度度发发生生变变化化，以以及及表表面面膜膜与与金金属属膨膨胀胀系系数不同，也会产生内应力而脱落。数不同，也会产生内应力而脱落。v

131、氧化膜硬度氧化膜硬度H H0 0与金属硬度与金属硬度H Hm m比比 当当H H0 0HHm m时时，因因基基体体太太弱弱，无无法法支支承承载载荷荷，故故即即使使外外力力很很小小，氧氧化化膜膜也也很很易易破破碎碎；当当H H0 0HHm m时时，在在载载荷荷作作用用下下发发生生小小变变形形时时，两两者者同同时时变变形形，氧氧化化膜膜不不易易脱脱落落。当当载载荷荷变变大大后后，变变形形增增大大，氧氧化化膜膜也也易易破破碎碎；当当H H0 0 和和H Hm m都都很很高高时时，在在载荷作用下变形很小，氧化膜不易变形，耐磨性增加。载荷作用下变形很小，氧化膜不易变形，耐磨性增加。vv氧化膜与工作环境的

132、关系氧化膜与工作环境的关系 如如钢钢铁铁摩摩擦擦副副，当当载载荷荷小小、滑滑动动速速度度低低时时，氧氧化化膜膜主主要要组组成成物物为为FeFe2 2O O3 3；但但当当速速度度增增大大、载载荷荷增增大大后后，则则主主要要为为FeFe3 3O O4 4。这这一一方方面面是是由由于于表表面面温温度度的的影影响响，而而另另一一方方面面也也由由于于滑滑动动速速度度对对膜膜厚厚的的影影响响。环环境境中中的的水水汽汽、氧氧、二二氧氧化化碳碳及及二二氧氧化化硫硫等对表面膜的影响也大。等对表面膜的影响也大。v氧化膜的机械性能氧化膜的机械性能 脆脆性性氧氧化化膜膜与与基基体体金金属属结结合合能能力力差差，容容

133、易易被被磨磨掉掉，若若氧氧化化膜膜的的硬硬度度较较大大，结结果果氧氧化化膜膜被被嵌嵌入入金金属属内内，成成为为磨磨料料。如如上上述述铝铝及及铝铝合合金金上上生生成成的的晶晶态态氧氧化化铝铝或或刚刚铝铝石石的的膜膜，很很可可能能破破碎碎后后嵌嵌入入基基体体，对对极极硬硬的的钢钢都都可可能能产产生生磨磨料料磨磨损损，因因为为刚刚铝铝石石比比铁铁的的氧氧化化物物硬硬得得多多。反反之之，如如为为韧韧性性而而致致密密的的氧氧化化膜膜，则与基体结合牢固，不易磨掉。则与基体结合牢固，不易磨掉。 若若氧氧化化物物较较软软，则则对对另另一一表表面面磨磨损损就就小小，例例如如镁镁表表面面生生成成软软的的氢氢氧氧化

134、化物物，对对磨磨损损的的影影响响就就不不大大，有有的的甚甚至至有有防防止止粘粘着着的的作作用用。即即使使象象锡锡那那样样的的软软金金属属也也会会使使硬硬铬铬钢钢发发生生磨磨损损。在在有有利利于于氧氧化化的的条条件件下下，要要比比硬硬钢钢对对硬硬铬铬钢钢的的磨磨损损大大得得多多。有有些些氧氧化化物物的的摩摩擦擦磨磨损损性性能能还还与与温温度度有有关关。如如PbOPbO，在在250250以以下下润润滑滑性性能不好，但超过此温度时，就成为比能不好，但超过此温度时，就成为比MoSMoS2 2还好的润滑剂。还好的润滑剂。（3 3）特殊介质中的腐蚀磨损）特殊介质中的腐蚀磨损 磨损过程： 殊特介质中的腐蚀磨

135、损是指摩擦副工作在除氧以殊特介质中的腐蚀磨损是指摩擦副工作在除氧以外的其它介质外的其它介质( (如酸、碱、盐等如酸、碱、盐等) )中，并和它们发生中，并和它们发生作用形成各种不同的产物，又在摩擦中被除去的过作用形成各种不同的产物，又在摩擦中被除去的过程。程。 它它的的磨磨损损过过程程和和氧氧化化膜膜的的磨磨损损过过程程十十分分相相似似，使使材材料料的的磨磨损损速速度度较较大大。腐腐蚀蚀作作用用加加速速，磨磨损损也也加加速速。但但若若在在某某种种介介质质中中使使金金属属形形成成一一层层致致密密的的并并与与基基体体结结合合强强度度高高的的保保护护膜膜，则则可可使使腐腐蚀蚀磨磨损损速度减小。速度减小

136、。影响因素影响因素vv腐蚀介质的性质、温度与零件应力状态的影响腐蚀介质的性质、温度与零件应力状态的影响腐蚀介质的性质、温度与零件应力状态的影响腐蚀介质的性质、温度与零件应力状态的影响 腐蚀磨损的速度随着介质腐蚀性的强弱、腐蚀温度高低腐蚀磨损的速度随着介质腐蚀性的强弱、腐蚀温度高低的影响而变化。的影响而变化。 在在摩摩擦擦学学领领域域中中，常常利利用用腐腐蚀蚀磨磨损损为为人人类类服服务务，如如在在磨磨合合油油里里加加入入一一定定量量的的活活性性元元素素化化合合物物，可可缩缩短短磨磨合合时时间间和和防防止止粘粘着着磨磨损损。在在受受高高应应力力作作用用的的摩摩擦擦副副( (如如双双曲曲线线齿齿副副

137、) )的的润润滑滑油油中中加加入入极极压压添添加加剂剂，就就是是使使金金属属表表面面生生成成氯氯化化物物、硫硫化化物物或或磷磷化化物物等等薄薄膜膜，以以防防止止摩摩擦擦副副表表面面胶胶合合或或咬咬死死，即即以以轻轻微微的的腐腐蚀蚀磨磨损损来来防防止止严严重重的的粘粘着着磨磨损损。零零件件所所受受的的应应力力状状态态对对腐腐蚀蚀磨磨损损影影响响也也极极大大。当当零零件件受受重重复复应应力力时时，其其腐腐蚀蚀作作用用大大大大增增加加。腐腐蚀蚀磨磨损损还还受受到到电电位位差差的的影影响响，即即电化学腐蚀。电化学腐蚀。影响因素影响因素vv材料性质的影响材料性质的影响材料性质的影响材料性质的影响 轴瓦材

138、料中的铅和镉，容易被润滑油氧化所生成的有机酸轴瓦材料中的铅和镉，容易被润滑油氧化所生成的有机酸所腐蚀，开始在轴瓦表面生成黑点，并逐渐扩展成为海绵状所腐蚀，开始在轴瓦表面生成黑点，并逐渐扩展成为海绵状空洞，在摩擦过程中呈小块状剥落，因此在使用铅镉轴瓦时空洞，在摩擦过程中呈小块状剥落，因此在使用铅镉轴瓦时应特别注意。应特别注意。 镍镍、铬铬、钛钛等等金金属属在在特特殊殊介介质质作作用用下下易易形形成成结结合合力力强强、结结构构致致密密的的钝钝化化膜膜。钨钨、钼钼在在500500以以上上，表表面面会会生生成成保保护护膜膜，因因此此，钨钨钼钼是是抗抗高高温温腐腐蚀蚀磨磨损损的的金金属属，镍镍、铬铬是是

139、抗抗腐腐蚀蚀磨磨损损的的金金属属。此此外外由由碳碳化化钨钨或或碳碳化化钛钛组组成成的的硬硬质质合合金金，都具有耐腐蚀磨损的能力。都具有耐腐蚀磨损的能力。三、磨损的转化与复合三、磨损的转化与复合 生产实践中所遇到的磨损往往表现得十分复杂，人们迟生产实践中所遇到的磨损往往表现得十分复杂，人们迟至本世纪二十年代还为其困惑不解。随着科学技术的发展，至本世纪二十年代还为其困惑不解。随着科学技术的发展，观察和分析手段逐渐完备，将磨损归纳出四个基本形式观察和分析手段逐渐完备，将磨损归纳出四个基本形式粘着、磨料、疲劳、腐蚀粘着、磨料、疲劳、腐蚀。实际表现出来的磨损，常不能单。实际表现出来的磨损，常不能单纯地纳

140、入某一种基本型式。如电火花侵蚀磨损纯地纳入某一种基本型式。如电火花侵蚀磨损电蚀磨损。电蚀磨损。在一些通电流的摩擦副表面上，常会有电火花跳过，例如整在一些通电流的摩擦副表面上，常会有电火花跳过，例如整流器的铜环与电刷。铜环被电火花击损、电刷也发生磨损，流器的铜环与电刷。铜环被电火花击损、电刷也发生磨损，随之加剧跳火，使磨损更趋恶化。电火花侵蚀原理可用于精随之加剧跳火，使磨损更趋恶化。电火花侵蚀原理可用于精密加工；合理控制电流和电压，可以获得精密的加工尺寸及密加工；合理控制电流和电压，可以获得精密的加工尺寸及表面质量。因此，实际中的许多磨损现象往往是磨损基本类表面质量。因此，实际中的许多磨损现象往

141、往是磨损基本类型的转化或型的转化或( (和和) )复合。复合。1.1.磨损形式的转化磨损形式的转化 磨磨损损型型式式可可以以随随工工作作条条件件变变化化而而转转化化。通通常常机机械械中中摩摩擦擦副副的的主主要要工工作作参数是相对滑动速度参数是相对滑动速度v vs s和载荷和载荷W W。 如如图图所所示示钢钢材材摩摩擦擦副副在在固固定定载载荷荷条条件件下下，相相对对滑滑动动速速度度v vs s和和磨磨损损型型式式的的关关系系。当当滑滑动动速速度度v vs s很很低低时时，主主要要发发生生氧氧化化磨磨损损，有有时时会会出出现现红红褐褐色色FeFe2 2O O3 3磨磨屑屑，磨磨损损率率很很小小。随

142、随v vs s增增大大，氧氧化化膜膜破破裂裂，表表面面裸裸露露金金属属，直直接接接接触触，将将转转化化为为粘粘着着磨磨损损，磨磨损损量量显显著著增增大大。滑滑动动速速度度v vs s再再高高，摩摩擦擦温温度度上上升升，有有利利于于形形成成黑黑灰灰色色FeFe3 3O O4 4氧氧化化膜膜，随随后后又又转转化化成成氧氧化化磨磨损损，磨磨损损率率又又下下降降。如如果果v vs s再再继继续续增增大大，再再次次转转化化成成粘粘着着磨磨损损。磨磨损损变变得得十分剧烈，导致失效。十分剧烈，导致失效。1.磨损形式的转化 图图表表示示载载荷荷变变化化和和磨磨损损形形式式的的关关系系。相相对对滑滑动动速速度度

143、固固定定，载载荷荷小小时时主主要要是是氧氧化化磨磨损损；当当压压力力p p低低于于某某值值p p0 0时时，出出现现的的氧氧化化物物是是FeFe2 2O O3 3；当当 p p p p0 0时时 ， 则则 出出 现现 FeOFeO、FeFe3 3O O4 4和和FeFe2 2O O3 3三三种种混混合合的的氧氧化化物物。p p达达临临界界值值p pcrcr后后，便便转转化成危害性的粘着磨损。化成危害性的粘着磨损。2.边界润滑磨损 金金属属摩摩擦擦副副在在边边界界润润滑滑条条件件下下滑滑动动时时，润润滑滑添添加加剂剂本本身身或或添添加加剂剂由由于于摩摩擦擦分分解解或或聚聚合合与与金金属属表表面面

144、发发生生化化学学反反应应，可形成各种边界润滑膜。可形成各种边界润滑膜。 摩擦面上发生化学反应的原因，包括：摩擦面上发生化学反应的原因，包括： (1) (1)摩擦热引起的反应；摩擦热引起的反应； (2) (2)摩擦化学引起的反应。摩擦化学引起的反应。 特特别别是是随随着着磨磨损损的的发发展展，摩摩擦擦面面上上不不断断裸裸露露出出新新生生金金属表面，活性特别高，很容易发生这些反应。属表面，活性特别高，很容易发生这些反应。 在在摩摩擦擦过过程程中中，产产生生的的新新生生洁洁净净表表面面处处于于极极不不稳稳定定状状态态，形形成成激激化化高高能能外外逸逸电电子子发发生生源源。外外逸逸电电子子在在润润滑滑

145、行行为为中中，可可以起有益作用也可起危害作用。以起有益作用也可起危害作用。v外逸电子的利弊外逸电子的利弊益益益益处处处处：外外逸逸电电子子具具有有约约83.6kJmol83.6kJmol1 1的的能能量量，这这种种能能量量若若给给予予金金属属表表面面上上的的吸吸附附物物质质分分子子，会会使使阴阴离离子子活活化化，促促进进摩摩擦擦化化学学反反应应，产产生生摩摩擦擦聚聚合合物物。外外逸逸电电子子受受有有机机膜膜摩摩擦擦，聚聚合合物物蓄蓄积积静静电电荷荷，润润滑滑油油添添加加剂剂的的分分子子被被高高速速电电子子冲冲击击而而分分解解；分分解解物物和和摩摩擦擦面面金金属属形形成成软软质质金金属属化化合合

146、膜膜( (FeSFeS、FePFeP等等) )。反反应应及及时时而而迅迅速速，所所以以有有特特殊殊良良好好的的减减摩摩和和防防烧烧结结、抗擦伤的作用。这是它有益的一面。抗擦伤的作用。这是它有益的一面。 危害作用：危害作用：危害作用：危害作用：列举几种失效现象：列举几种失效现象： (1)(1)胶胶合合多多环环芳芳烃烃吸吸附附在在新新生生摩摩擦擦金金属属表表面面上上。由由表表面面缺缺陷陷或或变变形形处处取取得得外外逸逸电电子子，形形成成活活性性阴阴离离子子基基团团。阴阴离离子子基基在在缺缺氧氧气气氛氛下下，导导致致表表面面疲疲劳劳龟龟裂裂。被被氧氧化化物物还还原成微细品粒，剥落成磨料，造成严重磨损

147、和胶合。原成微细品粒，剥落成磨料，造成严重磨损和胶合。危害作用危害作用(2)(2)点点蚀蚀在在缺缺氧氧条条件件下下，多多环环芳芳烃烃由由外外逸逸电电子子取取得得负负电电荷荷而而阴阴离离子子化化。经经电电子子转转移移，由由吸吸附附的的脂脂肪肪酸酸取取得得质质子子而而成成芳芳基基，脂脂肪肪酸酸成成羧羧酸酸盐盐阴阴离离子子。几几种种化化学学反反应应交交互互进进行行，呈呈现现摩摩擦擦化化学学疲疲劳劳状状态态。高高度度活活化化的的羧羧酸酸基基阴阴离离子子，由由于于摩摩擦擦表表面面大大量量生生成成外外逸逸电电子子、电电子子转转移移、离离子子化化，促促使使疲疲劳劳与与龟龟裂裂迅迅速速增增长长。在在反反复复应

148、应力力作作用用下下，微微裂裂纹纹向向纵纵深深发发展，裂纹交叉形成磨粒剥落。展，裂纹交叉形成磨粒剥落。 (3)(3)形形成成树树脂脂胶胶( (质质) )多多环环芳芳烃烃经经电电子子转转移移取取得得质质子子，形形成成阴阴离离子子活活性性基基错错位位。阴阴离离子子活活性性基基脱脱附附遇遇水水，生生成成二二氢氢化化萘萘。二二氢氢化化萘萘遇遇脂脂肪肪族族烃烃和和氧氧，生生成成脂脂肪肪族族烃烃过过氧氧化化物。形成有机酸和树脂胶，危害润滑。物。形成有机酸和树脂胶，危害润滑。危害作用危害作用(4)(4)高高速速电电子子引引发发接接枝枝化化学学反反应应(grafting (grafting chemical c

149、hemical reaction)reaction)其其产产物物有有的的有有利利于于润润滑滑，有有的的破破坏坏润润滑滑。例例如如，环环氧氧树树脂脂摩摩擦擦表表面面上上的的PTFEPTFE润润滑滑膜膜，由由高高速速电电子子发发射射引引起起的的接接枝枝聚聚合合反反应应，脱脱氟氟接接枝枝形形成成的的高高分分子子低低氟氟接接枝枝聚聚氟氟烯烯烃烃化化合合物物，便便会会降降低低甚甚至至失失掉掉原原有有的的润润滑滑性性能。能。 设设计计者者及及工工程程技技术术人人员员需需要要深深刻刻掌掌握握边边界界润润滑滑的的磨磨损及润滑转化规律，扬长避短，才能发挥其效益。损及润滑转化规律，扬长避短，才能发挥其效益。四、微

150、动磨损（四、微动磨损（Fretting Corrosion）概概 述述1. 微动磨损定义微动磨损定义 在相互压紧的金属表面间由于在相互压紧的金属表面间由于小振幅振动小振幅振动而产生的一种而产生的一种复合型复合型式式的磨损。在有振动的机械中，螺纹联接、花键联接和过盈配合联接等的磨损。在有振动的机械中，螺纹联接、花键联接和过盈配合联接等都容易发生微动磨损。都容易发生微动磨损。 微动磨损的机理：微动磨损的机理：摩擦表面间的法向压力使表面上的微凸体粘着。摩擦表面间的法向压力使表面上的微凸体粘着。粘合点被小振幅振动剪断成为磨屑，磨屑接着被氧化。被氧化的磨屑粘合点被小振幅振动剪断成为磨屑，磨屑接着被氧化。

151、被氧化的磨屑在磨损过程中起着磨粒的作用，使摩擦表面形成麻点或虫纹形伤疤。在磨损过程中起着磨粒的作用，使摩擦表面形成麻点或虫纹形伤疤。这些麻点或伤疤是应力集中的根源，因而也是零件受动载失效的根源。这些麻点或伤疤是应力集中的根源，因而也是零件受动载失效的根源。根据被氧化磨屑的颜色，往往可以断定是否发生微动磨损。如被氧化根据被氧化磨屑的颜色，往往可以断定是否发生微动磨损。如被氧化的铁屑呈红色，被氧化的铝屑呈黑色，则振动时就会引起磨损。的铁屑呈红色，被氧化的铝屑呈黑色，则振动时就会引起磨损。 最先注意到的是钢的最先注意到的是钢的激动损伤表面粘附着一层激动损伤表面粘附着一层红棕色粉末，当将其除去红棕色粉

152、末，当将其除去后，可出现许多小麻坑。后，可出现许多小麻坑。其形状不同于点蚀，它有其形状不同于点蚀，它有两种类型：两种类型： 一为一为深度不到深度不到5m5m的的不规则的长方形浅平坑不规则的长方形浅平坑； 二为二为较深较深( (可达可达50m50m左右左右) )且形状较规则的圆且形状较规则的圆坑坑。 微动初期微动初期常可看到因形成冷焊点和材料转移产生的不规则突起。表面形貌和微常可看到因形成冷焊点和材料转移产生的不规则突起。表面形貌和微动条件有密切关系，动条件有密切关系，振幅较大时振幅较大时，表面出现和微动方向一致的划痕，痕间常有正在，表面出现和微动方向一致的划痕，痕间常有正在经受二次微动的粒子。

153、经受二次微动的粒子。振幅很小振幅很小( (2m)2m)时时，表面不出现任何划痕，反而显得更光，表面不出现任何划痕，反而显得更光滑，但仍可观察到碾压痕迹。滑，但仍可观察到碾压痕迹。低振幅高负荷下低振幅高负荷下，平面对弧面微动时，往往呈现中心，平面对弧面微动时，往往呈现中心无相对位移处完全末触动，边缘则为环状磨痕。无相对位移处完全末触动，边缘则为环状磨痕。当较软材料微动时当较软材料微动时，由于反复挤压，由于反复挤压，一般出现严重塑性交形。腐蚀介质能促进表面裂纹发展，加速损坏。一般出现严重塑性交形。腐蚀介质能促进表面裂纹发展，加速损坏。概概 述述 70年代欧洲合作与发展组织（年代欧洲合作与发展组织（

154、OECD）的定义：）的定义：两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨损现象两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨损现象微动磨损微动磨损。微动损伤中化学或电化学反应占重要地位的则称为微动损伤中化学或电化学反应占重要地位的则称为微动腐蚀微动腐蚀（Fretting Corrosion）。）。微动磨损的部件，同时或在微动作用停止后，受到循环应力时，出现微动磨损的部件，同时或在微动作用停止后，受到循环应力时，出现疲劳强度降低或早期断裂的现象称为疲劳强度降低或早期断裂的现象称为微动疲劳微动疲劳（Fretting Fatigue）。v微动磨损的特点是：微动磨损的特点是：v 接触界面之间发生往复运动的振幅只有几

155、十纳米到几十微米接触界面之间发生往复运动的振幅只有几十纳米到几十微米（称（称为微动），看上去滑动体近乎于静止。大多数机器在运输和运转中都为微动），看上去滑动体近乎于静止。大多数机器在运输和运转中都产生振动，因此微动是普遍存在的。易产生微动磨损的部件有热配合产生振动，因此微动是普遍存在的。易产生微动磨损的部件有热配合部件、螺栓紧固部件和花键配合部件。转轴承载系统的轮毂配合、热部件、螺栓紧固部件和花键配合部件。转轴承载系统的轮毂配合、热压配合和轴承座等地方也容易出现微动损伤。柔性联轴器、花键连接压配合和轴承座等地方也容易出现微动损伤。柔性联轴器、花键连接也产生微动磨损。也产生微动磨损。概概 述述v

156、微动磨损基本上属于粘着磨损和磨粒磨损的混合机理微动磨损基本上属于粘着磨损和磨粒磨损的混合机理v 载荷使微凸体产生粘着磨损，而往复运动引起断裂并产生磨屑。载荷使微凸体产生粘着磨损，而往复运动引起断裂并产生磨屑。微动与腐蚀通常是同时发生的，被称作微动与腐蚀通常是同时发生的，被称作微动腐蚀微动腐蚀。例如，当钢磨粒产。例如，当钢磨粒产生后，出生的磨粒表面被氧化成生后，出生的磨粒表面被氧化成FeFe2 2O O3 3，形成褐红色粉末，这些氧化，形成褐红色粉末，这些氧化颗粒具有研磨性，由于表面之间的紧配合和小振幅往复运动（约为几颗粒具有研磨性，由于表面之间的紧配合和小振幅往复运动（约为几十微米），界面接触

157、没有暴露的机会，因而磨粒很难逃逸出摩擦表面，十微米），界面接触没有暴露的机会，因而磨粒很难逃逸出摩擦表面，后续的往复运动就会产生后续的往复运动就会产生磨粒磨损和氧化磨粒磨损和氧化，如此反复下去。这种磨损，如此反复下去。这种磨损机理使微动磨损量比粘着磨损和磨粒磨损的磨损量高很多。机理使微动磨损量比粘着磨损和磨粒磨损的磨损量高很多。v 往复运动通常来自外部振动，但多数情况是接触界面的某个表面往复运动通常来自外部振动，但多数情况是接触界面的某个表面承受周期应力（或疲劳）的结果，这将引发早起疲劳裂纹而产生更大承受周期应力（或疲劳）的结果，这将引发早起疲劳裂纹而产生更大的微动磨损，称为微动疲劳。的微动磨

158、损，称为微动疲劳。 在外观上，微动磨损的表面特征是在外观上，微动磨损的表面特征是黑色黑色金属上有褐红色斑点且临近区域被抛光金属上有褐红色斑点且临近区域被抛光，因，因为硬质铁氧化体磨屑具有研磨作用。如下图为硬质铁氧化体磨屑具有研磨作用。如下图为为303303不锈钢轴表面产生微动腐蚀后的照片。不锈钢轴表面产生微动腐蚀后的照片。 概概 述述 微动磨损的特点是：微动磨损的特点是： 在一定范围内磨损率随载荷增加而增加，超过某极大值在一定范围内磨损率随载荷增加而增加，超过某极大值后又逐渐下降；后又逐渐下降； 温度升高则磨损加速；温度升高则磨损加速； 抗粘着磨损好的材料抗微动磨损也好；抗粘着磨损好的材料抗微

159、动磨损也好； 零件金属氧化物的硬度与金属的硬度之比较大时，容易零件金属氧化物的硬度与金属的硬度之比较大时，容易剥落成为磨粒，增加磨损；剥落成为磨粒，增加磨损； 若氧化物能牢固地粘附在金属表面，则可减轻磨损；若氧化物能牢固地粘附在金属表面，则可减轻磨损； 一般湿度增大则磨损下降，在界面间加入非腐蚀性润滑一般湿度增大则磨损下降，在界面间加入非腐蚀性润滑剂或对钢进行表面处理，可减小微动磨损；剂或对钢进行表面处理，可减小微动磨损； 螺纹联接加装聚四氟乙烯垫圈也可减小微动磨损。螺纹联接加装聚四氟乙烯垫圈也可减小微动磨损。 2. 微动磨损的发展历程微动磨损的发展历程v1911年，年，Eden、Rose和和

160、Cunningham首先观察到微动与疲劳的联系首先观察到微动与疲劳的联系v 1911年年Eden等等发表的关于研究金属旋转弯曲疲劳试验文章中，第发表的关于研究金属旋转弯曲疲劳试验文章中，第一次详细地描述了微动磨损现象，他们在重负荷持续试验了几天后，发一次详细地描述了微动磨损现象，他们在重负荷持续试验了几天后，发现夹持部件严重绣蚀，试样常常难以从夹具中取出。在轮轴之间或键和现夹持部件严重绣蚀，试样常常难以从夹具中取出。在轮轴之间或键和键槽之间也会经常发生这种绣蚀，即使在干燥条件下，滚珠轴承也发生键槽之间也会经常发生这种绣蚀，即使在干燥条件下，滚珠轴承也发生类似现象。尽管在接触表面施以润滑油但诱蚀

161、仍然发生。虽然他们认为类似现象。尽管在接触表面施以润滑油但诱蚀仍然发生。虽然他们认为产生锈蚀主要是应力在起作用，却完全把它看成一种腐蚀现象，这主要产生锈蚀主要是应力在起作用，却完全把它看成一种腐蚀现象，这主要是由于磨屑颜色和铁诱相似所造成的错觉这种认识一直对后来的研究是由于磨屑颜色和铁诱相似所造成的错觉这种认识一直对后来的研究工作产生影响，也是微动腐蚀这个名词用得过分普遍的主要原因。工作产生影响，也是微动腐蚀这个名词用得过分普遍的主要原因。EdenEden等人发现这种现象之后并没有进一步研究，其后的十多年中未引起重视。等人发现这种现象之后并没有进一步研究，其后的十多年中未引起重视。v 直至直至

162、1927年年Tomlinmon才把它作为一个专题进行认真研究，设计了才把它作为一个专题进行认真研究，设计了专门的设备，并借用专门的设备，并借用Fretting这个词。尽管他认为产生磨肩主要是物理这个词。尽管他认为产生磨肩主要是物理作用，仍称为微动腐蚀。作用，仍称为微动腐蚀。Tomlinmon之后，微动损伤便作为一个专题有之后，微动损伤便作为一个专题有愈来愈多的人从事研究，三十年代末又发现了微动疲劳现象愈来愈多的人从事研究，三十年代末又发现了微动疲劳现象,受循环应受循环应力的部件，比受单纯磨损造成的危害更严重力的部件，比受单纯磨损造成的危害更严重.概概 述述v 五十年代初，美国材料试验学会五十年

163、代初，美国材料试验学会(ASTM）出版了第一本关于微动磨）出版了第一本关于微动磨损的文集，此后微动磨损逐步成为材料磨损的一个分枝，公认是损的文集，此后微动磨损逐步成为材料磨损的一个分枝，公认是一种独特的磨损形是式。于一种独特的磨损形是式。于1950年，第一届微动腐蚀论坛年，第一届微动腐蚀论坛（ASTM Symposium On Fretting Corrosion）在美国的）在美国的Philadelphia召开，并宣读五篇论文，会上由召开，并宣读五篇论文，会上由Ming Feng和和Rightmire提出了一种微动理论提出了一种微动理论； 概概 述述 五十年代开始，随着现代工业发展，工程中微动

164、损伤的报道不断断增多。五十年代开始，随着现代工业发展，工程中微动损伤的报道不断断增多。研究微动磨损的试验设备、方法，对机理的探讨及各种材料抗微动磨损性能研究微动磨损的试验设备、方法，对机理的探讨及各种材料抗微动磨损性能评价的文章大量出现，控制微动的方法不断增多。评价的文章大量出现，控制微动的方法不断增多。v1972年，年，Waterhouse发表了首部编著发表了首部编著Fretting Corrosion，全全面总结了微动磨损响理论和实践。面总结了微动磨损响理论和实践。 Hoeppner提出了微动疲劳极限提出了微动疲劳极限的概念的概念；v1974年北约航空研究与发展顾问团年北约航空研究与发展顾

165、问团(AGARD)专门召开学术会议讨论各专门召开学术会议讨论各种飞机上微动损伤，并出版文集，这充分说明微动在航空工业中的普种飞机上微动损伤，并出版文集，这充分说明微动在航空工业中的普遍性和严重性，以及西方国家对此的重视程度。遍性和严重性，以及西方国家对此的重视程度。v80年代美国构料试验学会出版第二本文集。英国也出版了关于微动疲年代美国构料试验学会出版第二本文集。英国也出版了关于微动疲劳方面的文集。劳方面的文集。1990年，年，Godet提出微动三体理论提出微动三体理论；1992年，年，Zhou和和Vincent提出二类微动图理论提出二类微动图理论，成为揭示微动运，成为揭示微动运行和损伤规律的

166、重要理论；行和损伤规律的重要理论；2001年，在日本召开年，在日本召开3rd International Symposium On Fretting Fatigue，并形成每，并形成每3年一次的年一次的微动疲劳系列国际会议微动疲劳系列国际会议。 概概 述述1985年年4月又在英国召开了一次微动磨损的国际学术讨论会。月又在英国召开了一次微动磨损的国际学术讨论会。 微动磨损的发现和早期研究大都是在微动磨损的发现和早期研究大都是在碳钢碳钢上进行的，并取得大量成果，上进行的，并取得大量成果，目前着重在目前着重在特殊条件特殊条件下下( (如高温、高压、真空、各种气氛、液体介质如高温、高压、真空、各种气氛

167、、液体介质) )和和特特殊材料殊材料( (如合金钢、高温合金、有色金属、非金属、各种涂层和复合材料等如合金钢、高温合金、有色金属、非金属、各种涂层和复合材料等) )或针对某一或针对某一尖端技术尖端技术( (如原子反应准、航天工具、计算机硬件、喷汽发动如原子反应准、航天工具、计算机硬件、喷汽发动机、大功率涡轮机等机、大功率涡轮机等) )中碰到的微动问题进行研究。中碰到的微动问题进行研究。 我国对于微动磨损研究工作起步较晚，我国对于微动磨损研究工作起步较晚，七十年代七十年代才出现微动磨损一词。才出现微动磨损一词。虽然一些大学的摩镣学教材或有关书籍都简要地介绍了微动磨损，但直至虽然一些大学的摩镣学教

168、材或有关书籍都简要地介绍了微动磨损，但直至八十年代初八十年代初才开展这方面的工作，深入的研究几乎还没有进行。实际中的才开展这方面的工作，深入的研究几乎还没有进行。实际中的大量微动问题或者尚未发现，或者被生产或维修单位当作一股磨损或其它大量微动问题或者尚未发现，或者被生产或维修单位当作一股磨损或其它损伤本适当地处理。因此普及这方面的知识并正确识别和解决损伤本适当地处理。因此普及这方面的知识并正确识别和解决3. 一些统计数据一些统计数据（1 1）国家和地区的分布）国家和地区的分布 按照发表论文的数量，主要有英国、法国、美国、日本、加按照发表论文的数量，主要有英国、法国、美国、日本、加拿大、瑞典、德

169、国、中国、瑞士和比利时。这些国家发表的论文拿大、瑞典、德国、中国、瑞士和比利时。这些国家发表的论文数占论文总数的数占论文总数的9090以上。以上。（2）研究机构及人员）研究机构及人员 约有约有300300名研究人员作为第一作者或合作者在刊物和会名研究人员作为第一作者或合作者在刊物和会议上发表微动摩擦学研究的论文，一半左右仅出现一次署名。议上发表微动摩擦学研究的论文，一半左右仅出现一次署名。发表微动摩擦学研究论文最多的有七个研究单位，主要集中发表微动摩擦学研究论文最多的有七个研究单位，主要集中在法国、英国、美国。在法国、英国、美国。（3）研究领域分布）研究领域分布 微动磨损和微动疲劳方面发表的论

170、文数各占近一半，而有关微动磨损和微动疲劳方面发表的论文数各占近一半，而有关微动腐蚀的论文相对较少。微动腐蚀的论文相对较少。（4）研究内容）研究内容 基础研究基础研究 从简单的工业微动破坏现象的观察、单一实验参数的影响，从简单的工业微动破坏现象的观察、单一实验参数的影响，走向破坏机理的实验分析、综合机械材料参数（如位移、压力、走向破坏机理的实验分析、综合机械材料参数（如位移、压力、频率、往复次数、材料组织结构、力学性能等）的影响。频率、往复次数、材料组织结构、力学性能等）的影响。 从平移微动模式的研究，走向其他微动模式（如径向、滚从平移微动模式的研究，走向其他微动模式（如径向、滚动、扭动、冲击等

171、模式）和复合微动模式等的研究。动、扭动、冲击等模式）和复合微动模式等的研究。 理论分析理论分析 理论分析理论分析不再局限于不再局限于HertzHertz弹性接触理论弹性接触理论，而借助计算，而借助计算机、弹塑性力学、断裂力学、有限元法、能量分析（包括热机、弹塑性力学、断裂力学、有限元法、能量分析（包括热力学）等研究手段来模拟微动的运行和破坏过程。力学）等研究手段来模拟微动的运行和破坏过程。 新材料新材料 过去的研究主要集中在金属材料，尤其是各种钢和铝合金，过去的研究主要集中在金属材料，尤其是各种钢和铝合金，现在已有不少研究者开始致力于各种新材料的微动损伤规律的现在已有不少研究者开始致力于各种新

172、材料的微动损伤规律的研究。研究。 环境影响环境影响 微动的研究不再局限于普通工况，除在传统的高温、微动的研究不再局限于普通工况，除在传统的高温、真空和腐蚀气氛等环境下进行研究之外，诸如流动空气、真空和腐蚀气氛等环境下进行研究之外，诸如流动空气、水蒸气介质、生物性腐蚀介质、超低温和强磁场等特殊水蒸气介质、生物性腐蚀介质、超低温和强磁场等特殊环境下的微动破坏机理的研究也得到积极开展。环境下的微动破坏机理的研究也得到积极开展。 防护措施防护措施 研究领域已从微动破坏机理研究走向研究领域已从微动破坏机理研究走向机理与抗微动破坏机理与抗微动破坏研究并重研究并重的阶段，各种减缓技术如表面处理、润滑和结构的

173、阶段，各种减缓技术如表面处理、润滑和结构设计改进等有很大的进展。设计改进等有很大的进展。 工业应用工业应用 航空部门、核电站、高空电缆、钢丝绳索、大型轴、人航空部门、核电站、高空电缆、钢丝绳索、大型轴、人工植入器官、电接触等工业领域的微动损伤已日益成为研工植入器官、电接触等工业领域的微动损伤已日益成为研究热点。究热点。 4. 微动磨损的特征微动磨损的特征 具有引起微动的振动源（机械力、电磁场、冷热循环等），流体运具有引起微动的振动源（机械力、电磁场、冷热循环等），流体运动所诱发的振动；动所诱发的振动；磨痕具有方向一致的划痕、硬结斑和塑性变形以及微裂纹；磨痕具有方向一致的划痕、硬结斑和塑性变形以

174、及微裂纹；磨屑易于聚团、含有大量类似锈蚀产物的氧化物。磨屑易于聚团、含有大量类似锈蚀产物的氧化物。二、微动磨损理论二、微动磨损理论一个较为完满的微动磨损理论应该能对下列实验现象作出合理一个较为完满的微动磨损理论应该能对下列实验现象作出合理的解释：的解释：真空或惰性气氛中微动损伤较小；真空或惰性气氛中微动损伤较小；微动产生的磨屑主要由氧化物组成；微动产生的磨屑主要由氧化物组成；循环数一定时，低频微动比高频损伤大；循环数一定时，低频微动比高频损伤大；材料流失量随负荷和振幅而增加；材料流失量随负荷和振幅而增加；低于室温比高于室温的磨损严重；低于室温比高于室温的磨损严重；空气环境比湿空气中损伤大。空气

175、环境比湿空气中损伤大。 1. Uhlig模型模型 该理论建立在表面微凸体受到氧化和机械磨损的交替作用上。该理论建立在表面微凸体受到氧化和机械磨损的交替作用上。认为在常条件厂由两种因素导致材料损失。一种是化学性质的，一认为在常条件厂由两种因素导致材料损失。一种是化学性质的，一种是机械性质的。由于相对运动的两表面上凸峰点的摩擦，将氧化种是机械性质的。由于相对运动的两表面上凸峰点的摩擦，将氧化层和吸附的气体刮掉，露出了清洁而活泼的新鲜金属表面，这是层和吸附的气体刮掉，露出了清洁而活泼的新鲜金属表面，这是机机械因素械因素。在每一凸峰点通过之后，新鲜金属将迅速吸附大气中的气。在每一凸峰点通过之后，新鲜金

176、属将迅速吸附大气中的气体并发生反应，以形成接近化合比例的氧化物，这就是化学作用，体并发生反应，以形成接近化合比例的氧化物，这就是化学作用，机械和化学作用交替造成材料损失。机械和化学作用交替造成材料损失。 c为凸峰点的平均直径，为凸峰点的平均直径，s为凸为凸峰点间的平均距离，设凸峰点以线峰点间的平均距离，设凸峰点以线速度速度在平面上运动，则吸附气体在平面上运动，则吸附气体或形成氧化物所谓许可的时间为：或形成氧化物所谓许可的时间为： t=s/v 由一个凸峰点在半循环运动长度由一个凸峰点在半循环运动长度(振幅振幅)b和宽度和宽度c所刮掉所刮掉的氧化物重量的氧化物重量w取决于在时间取决于在时间t中清洁

177、金属表面上的总氧化量，中清洁金属表面上的总氧化量，铁在室温下的氧化遵从对数定律，因此有铁在室温下的氧化遵从对数定律，因此有 Uhlig模型模型室温下铁的氧化为：室温下铁的氧化为：每一循环金属因机械因素造成的磨损量为：每一循环金属因机械因素造成的磨损量为：T和和K是常效是常效 中于微功是正弦运动，设频率为中于微功是正弦运动，设频率为f，可以导出其平均速度，可以导出其平均速度为为: v2bf 因此对于界面上每单位面积上的因此对于界面上每单位面积上的n个接触点个接触点,每一循环造每一循环造成氧化层的重量损失为：成氧化层的重量损失为：K是常效是常效总的微动磨损量总的微动磨损量：第一项化学因素引起第一项

178、化学因素引起第二项机械因素引起第二项机械因素引起微动磨损量是：微动磨损量是：微动频率的双曲线函数微动频率的双曲线函数负荷的抛物线函数负荷的抛物线函数循环次数和振幅呈线性关系循环次数和振幅呈线性关系 由于总接触面积由于总接触面积n（c/2）2等于屈服压力等于屈服压力Pm除负荷除负荷L，上式变为：，上式变为：Uhlig根据钢的微动磨损实验得到经验公式为：根据钢的微动磨损实验得到经验公式为：Uhlig的模型不足：的模型不足：忽略了氧化膜起到防止材料粘着的有利作用忽略了氧化膜起到防止材料粘着的有利作用忽略了微动过程中磨屑参与磨损的作用忽略了微动过程中磨屑参与磨损的作用 因此它不能解释实验中出现的许多现

179、象，至因此它不能解释实验中出现的许多现象，至少对微动磨损随循环次数的变化规律不能给予完少对微动磨损随循环次数的变化规律不能给予完满的说明。满的说明。2. Feng和和Rightmire模型模型 Feng和和Rightmire在总结在总结微动循环次数与材料失重微动循环次数与材料失重关系后提出来的。关系后提出来的。OA段：由于金属转移和初始磨损造成曲线迅速段：由于金属转移和初始磨损造成曲线迅速上升；上升；AB段：从剪切到磨粒参与磨损使曲线第二次向段：从剪切到磨粒参与磨损使曲线第二次向上弯曲；上弯曲；BC段：磨粒作用下降，从而减缓材料损失；段：磨粒作用下降，从而减缓材料损失；CD段：最后达到稳定磨损

180、率。段：最后达到稳定磨损率。 可以将曲线分为四个阶段：可以将曲线分为四个阶段： 接触首先发生在微凸体上，接触首先发生在微凸体上，少量磨屑落入洼谷内；少量磨屑落入洼谷内； 磨屑填满洼谷，使磨损磨屑填满洼谷，使磨损变成磨粒磨损。许多微凸变成磨粒磨损。许多微凸体合并成一个小平台；体合并成一个小平台； 磨屑进一步增加，并开磨屑进一步增加，并开始从接触区溢出进入邻近始从接触区溢出进入邻近的洼谷区；的洼谷区； 接触区压力再分布，接触区压力再分布，中心压力增高，边缘压力中心压力增高，边缘压力降低，使中心的磨粒磨损降低，使中心的磨粒磨损加重，凹坑迅速加深。加重，凹坑迅速加深。Feng和和Rightmire模型

181、模型很快为科学家们所接受：模型模型很快为科学家们所接受： 形象地说明微动磨损中表面变粗糙的现象形象地说明微动磨损中表面变粗糙的现象 确立了磨粒磨损是稳态阶段的特征确立了磨粒磨损是稳态阶段的特征不足：至今尚未达到令人满意的定量描述。不足：至今尚未达到令人满意的定量描述。3. 微动的三体理论微动的三体理论 微动的三体理论认为磨屑的产生可看成是两微动的三体理论认为磨屑的产生可看成是两个连续和同时发生的过程：个连续和同时发生的过程： 磨屑的形成过程磨屑的形成过程接触表面粘着和塑性变形，并伴随强烈的加工接触表面粘着和塑性变形，并伴随强烈的加工硬化；硬化；加工硬化使材料脆化，白层同时形成，随着白加工硬化使

182、材料脆化，白层同时形成，随着白层的破碎，颗粒剥落；层的破碎，颗粒剥落；颗粒被碾碎，并发生迁移，迁移过程取决于颗颗粒被碾碎，并发生迁移，迁移过程取决于颗粒的尺寸、形状和机械参数（如振幅、频率、粒的尺寸、形状和机械参数（如振幅、频率、载荷等）。载荷等）。 磨屑的演化过程磨屑的演化过程起初磨屑呈轻度氧化，仍为金属本色，粒度为起初磨屑呈轻度氧化，仍为金属本色，粒度为微米量级（约微米量级（约1m）；）；在碾碎和迁移过程中进一步氧化，颜色变成灰在碾碎和迁移过程中进一步氧化，颜色变成灰褐色，粒度在亚微米量级（约褐色，粒度在亚微米量级（约0.1m）；）；磨屑深度氧化，呈红褐色，粒度进一步减小为磨屑深度氧化，呈

183、红褐色，粒度进一步减小为纳米颗粒（约纳米颗粒（约10nm） ，射线衍射分析表明磨，射线衍射分析表明磨屑含屑含-Fe、-Fe2O3（呈红色）和低百分比的（呈红色）和低百分比的Fe3O4。 利用三体理论可很好地解释钢铁材料微动摩利用三体理论可很好地解释钢铁材料微动摩擦系数随循环周次的变化过程：擦系数随循环周次的变化过程： 接触表面膜去除，摩擦系数较低；接触表面膜去除，摩擦系数较低；第一、二体第一、二体之间相互作之间相互作用增加，发用增加，发生粘着，摩生粘着，摩擦系数上升，擦系数上升，并伴随材料并伴随材料组织结构变组织结构变化；化；磨屑剥落，第三体床磨屑剥落，第三体床形成，二体接触逐渐形成，二体接触

184、逐渐变成三体接触，因第变成三体接触，因第三体的保护作用，粘三体的保护作用，粘着受抑制，摩擦系数着受抑制，摩擦系数降低；降低；磨屑连续不断地形成和排除，其成分和接触表磨屑连续不断地形成和排除，其成分和接触表面随时间改变，形成和排出的磨屑达到平衡，面随时间改变，形成和排出的磨屑达到平衡，微动磨损进入稳定阶段。微动磨损进入稳定阶段。4. 微动疲劳微动疲劳（1）微动疲劳的特征与诊断）微动疲劳的特征与诊断 微动疲劳是指因微动而萌生裂纹源，并在交变应力下微动疲劳是指因微动而萌生裂纹源，并在交变应力下裂纹扩展而导致疲劳断裂的破坏形式。裂纹扩展而导致疲劳断裂的破坏形式。特征一：特征一：疲劳断裂源必然出现在微动

185、接触区或其影响区疲劳断裂源必然出现在微动接触区或其影响区内。内。 微动疲劳微动疲劳诊断：诊断：只要断口具有疲劳破坏特征，裂纹源发生于微动磨痕，只要断口具有疲劳破坏特征，裂纹源发生于微动磨痕，裂纹扩展呈现阶段性即可确认为微动疲劳破坏。裂纹扩展呈现阶段性即可确认为微动疲劳破坏。特征二：特征二：裂纹扩展的阶段性。裂纹扩展的阶段性。碳钢微动疲劳时表面损伤疲劳裂碳钢微动疲劳时表面损伤疲劳裂纹扩展纹扩展 循环次数循环次数 104，400 将遭受微动疲劳的部件在断裂之前沿微动将遭受微动疲劳的部件在断裂之前沿微动方向剖开，可看到受微动影响的亚表层产生方向剖开，可看到受微动影响的亚表层产生的疲劳裂纹。裂纹在近表

186、面处扩展受材料晶的疲劳裂纹。裂纹在近表面处扩展受材料晶界或缺陷影响，较深处为穿晶裂纹。界或缺陷影响，较深处为穿晶裂纹。凸轮轴凸轮轴;旋旋转弯曲疲劳转弯曲疲劳;微动磨损微动磨损|300x204（2）微动疲劳曲线（交变应力与循环周次曲线）微动疲劳曲线（交变应力与循环周次曲线）v评定材料微动疲劳性能的评定材料微动疲劳性能的主要方法是在微动条件下测主要方法是在微动条件下测定其应力定其应力(s)(s)循环数循环数(N)(N)曲曲线，称为线，称为sNsN曲线曲线。v只有达到一定的微动循环只有达到一定的微动循环次数时才能导致疲劳强度的次数时才能导致疲劳强度的降低。低于此值时，微动的降低。低于此值时，微动的影

187、响不明显。影响不明显。 低碳钢的平面弯低碳钢的平面弯曲疲劳曲线曲疲劳曲线(1)(1)微动造成疲劳强度明显下降这里普通疲劳极限为微动造成疲劳强度明显下降这里普通疲劳极限为233MN233MNm m2 2，微动，微动 动使其极限下降动使其极限下降57577%7%。(2)(2)在高应力低循环数时，微动对疲劳强度的影响较小，而当应力较低，在高应力低循环数时，微动对疲劳强度的影响较小，而当应力较低，循环数增加时，疲劳强度降低的比例也增加；循环数增加时，疲劳强度降低的比例也增加；(3(3尽管在高循环次数下，微动疲劳强度降至很低值尽管在高循环次数下，微动疲劳强度降至很低值. .仍有一确定的疲劳仍有一确定的疲

188、劳极限，在该值上，循环数可达极限，在该值上，循环数可达10107 7次以上次以上, ,即使进一步增加循环数疲劳强度即使进一步增加循环数疲劳强度不再降低不再降低 这是微动疲劳的一般规律这是微动疲劳的一般规律（3）微动疲劳裂纹的萌生与扩展）微动疲劳裂纹的萌生与扩展微动疲劳裂纹萌生和扩展大致经过微动疲劳裂纹萌生和扩展大致经过几个阶段：几个阶段：出现裂纹源；出现裂纹源；微裂纹萌生；微裂纹萌生；微裂纹生长；微裂纹生长；宏观裂纹出现；宏观裂纹出现；宏观裂纹扩展。宏观裂纹扩展。 微动疲劳大部分发生在局微动疲劳大部分发生在局部滑动的条件下，如图圆柱和部滑动的条件下，如图圆柱和平面接触时，应力分布模型。平面接触

189、时，应力分布模型。 设垂直应力分布为设垂直应力分布为p，摩，摩擦系数为擦系数为，则摩擦力为，则摩擦力为p，其，其方向和产生微动的切向力方向和产生微动的切向力F方向方向相反，接触处的剪应力分布为相反，接触处的剪应力分布为q，在，在p小于切向应力小于切向应力q的部位，的部位，便发生滑动，因此滑动发生在便发生滑动，因此滑动发生在周围狭带中，而中部滑动区和周围狭带中，而中部滑动区和相对静止区交界处相对静止区交界处(b和一和一b)切切向应力最大，疲劳裂纹就在该向应力最大，疲劳裂纹就在该处发生。处发生。微动摩擦力和疲劳应力的协同作用将导致裂纹的萌生和微动摩擦力和疲劳应力的协同作用将导致裂纹的萌生和加速其扩

190、展。加速其扩展。拐点是微动作用的终止点拐点是微动作用的终止点疲劳裂纹扩展的起始点疲劳裂纹扩展的起始点 随后的疲劳裂纹只受交变应力的支配而扩展，其扩展随后的疲劳裂纹只受交变应力的支配而扩展，其扩展速度降低。一般来说，当微动疲劳裂纹深入到表面速度降低。一般来说，当微动疲劳裂纹深入到表面1mm后，其扩展和断裂过程将完全按一般的疲劳规律进行。后，其扩展和断裂过程将完全按一般的疲劳规律进行。三、影响微动磨损的因素三、影响微动磨损的因素1. 材料性能材料性能 金属材料摩擦的抗粘着磨损能力越大，抗金属材料摩擦的抗粘着磨损能力越大，抗微动磨损的能力也较强。微动磨损的能力也较强。2. 微滑动距离微滑动距离 微动

191、磨损量随滑动距离的增大而增大。微动磨损量随滑动距离的增大而增大。3. 载荷载荷 在微滑动距离一定的条件下，微动磨损量随在微滑动距离一定的条件下，微动磨损量随载荷的增加而增加，但超过某一极大值后又不载荷的增加而增加，但超过某一极大值后又不断减小。断减小。4. 相对湿度相对湿度 微动磨损量随相对湿度的增大而降低。如对微动磨损量随相对湿度的增大而降低。如对钢铁而言，相对湿度大于钢铁而言，相对湿度大于50%时，表面生成时，表面生成Fe2O3H2O薄膜，他比通常的薄膜，他比通常的Fe2O3软，具软，具有较低的磨损率。有较低的磨损率。5. 振动频率与振幅振动频率与振幅 在大气中，振幅很小时（如在大气中，振

192、幅很小时（如0.012mm），钢），钢的微动磨损量基本与振动频率无关，但在较的微动磨损量基本与振动频率无关，但在较大振幅时，随振动频率的增加，微动磨损量大振幅时，随振动频率的增加，微动磨损量有减小的倾向。有减小的倾向。 6. 温度温度随温度的增高，微动磨损量增大。随温度的增高，微动磨损量增大。 四、影响微动疲劳的因素四、影响微动疲劳的因素1. 法向压力法向压力疲劳强度随着微动处疲劳强度随着微动处承受的法向压力的增承受的法向压力的增加而下降。当压力达加而下降。当压力达到一定数值时，疲劳到一定数值时，疲劳强度基本不变。强度基本不变。 微动疲劳寿命随振幅的增大而减小。当达到一临微动疲劳寿命随振幅的增

193、大而减小。当达到一临界值时，微动疲劳寿命达到最低值，此后随振幅界值时，微动疲劳寿命达到最低值，此后随振幅继续增大寿命反而延长。继续增大寿命反而延长。 2. 微动振幅微动振幅 振幅的增加为表面创造更多振幅的增加为表面创造更多的损伤和萌生裂纹的机会。的损伤和萌生裂纹的机会。当振幅较大时，受影响的面当振幅较大时，受影响的面积增大，表面切应力会下降，积增大，表面切应力会下降，一些刚萌生的浅裂纹有可能一些刚萌生的浅裂纹有可能被磨掉，故材料疲劳强度又被磨掉，故材料疲劳强度又提高了。提高了。环境气氛主要包括湿度及氧化。环境气氛主要包括湿度及氧化。3. 环境气氛环境气氛 氧化作用虽然可以减少微动面上的初期粘着

194、，但氧化作用虽然可以减少微动面上的初期粘着，但对裂纹却有可能起加速扩展的作用。对裂纹却有可能起加速扩展的作用。 湿度因材料而异，湿湿度因材料而异，湿度增大会加速裂纹的度增大会加速裂纹的萌生与扩展。耐蚀材萌生与扩展。耐蚀材料，微动疲劳几乎不料，微动疲劳几乎不受环境影响，而不耐受环境影响，而不耐蚀材料则主要决定于蚀材料则主要决定于介质的作用。介质的作用。微动磨损的控制与预防微动磨损的控制与预防 引起微动损伤的因素引起微动损伤的因素: :一是一是接触条件接触条件，如接触压，如接触压力、循环次数、相对滑动振幅、振动频率等力、循环次数、相对滑动振幅、振动频率等; ;二是二是物理条件物理条件，如温度、表面

195、硬度，如温度、表面硬度; ;三是三是环境条件环境条件，即，即周围空气清洁程度、噪音以及润滑条件等。其中，周围空气清洁程度、噪音以及润滑条件等。其中，最重要的因素是接触表面的摩擦因数、滑移振幅最重要的因素是接触表面的摩擦因数、滑移振幅和接触压力和接触压力。尽管要完全消除微动操作是不现实。尽管要完全消除微动操作是不现实的，但通过采取适当的措施，将其控制在一定程的，但通过采取适当的措施，将其控制在一定程度是完全可能的。度是完全可能的。一、结构设计改进一、结构设计改进 改进设计是控制微动磨损的有效途径之一。在改进设计是控制微动磨损的有效途径之一。在结构设计时结构设计时尽量减少接触面尽量减少接触面，如用

196、焊接代替铆接、，如用焊接代替铆接、螺栓联结和螺钉联结结构，消除了微动损伤。对螺栓联结和螺钉联结结构，消除了微动损伤。对于必须采取铆接和螺栓联结的结构，可采取增加于必须采取铆接和螺栓联结的结构，可采取增加部件刚度、加强放松措施。对于轴承外瓦和轴承部件刚度、加强放松措施。对于轴承外瓦和轴承座接触面相对静止又不经常拆卸的配合表面，在座接触面相对静止又不经常拆卸的配合表面，在装配时用厌氧胶或其他黏接剂将其粘结在一。起，装配时用厌氧胶或其他黏接剂将其粘结在一。起，拆卸时可用加热或溶解的方法将其拆开。对于一拆卸时可用加热或溶解的方法将其拆开。对于一些常见的联结结构形式，设计时应考虑减少微动些常见的联结结构

197、形式，设计时应考虑减少微动振幅或交变应力值，可采用提高加工精度，减少振幅或交变应力值，可采用提高加工精度，减少配合件公差，保证同轴度等措施减轻微动损伤。配合件公差，保证同轴度等措施减轻微动损伤。二、材料的选择二、材料的选择 在选材时须首先考虑材料的抗粘着性能和表面在选材时须首先考虑材料的抗粘着性能和表面疲劳性能，其次是材料的整体疲劳性能和腐蚀性疲劳性能，其次是材料的整体疲劳性能和腐蚀性能。应尽量避免使用性质相同或相近的材料。脆能。应尽量避免使用性质相同或相近的材料。脆性材料比塑性材料抗粘着能力强，提高金属材料性材料比塑性材料抗粘着能力强，提高金属材料的硬度能增加抗粘着和剪切能力，高温和金经预的

198、硬度能增加抗粘着和剪切能力，高温和金经预氧化处理可形成薄而牢固吸附于表面的氧化膜，氧化处理可形成薄而牢固吸附于表面的氧化膜，明显提高材料的抗微动磨损性能。明显提高材料的抗微动磨损性能。三、表面强化工艺措施三、表面强化工艺措施 各种表面强化工艺不需要改变设计和材料，经济各种表面强化工艺不需要改变设计和材料，经济易行，可用于新产品和磨损件的修复。表面强化易行，可用于新产品和磨损件的修复。表面强化工艺种类繁多，若从工艺方法划分，可分为工艺种类繁多，若从工艺方法划分，可分为:(1)表面机械强化表面机械强化。包括喷丸、滚花、压丸、碾压等，。包括喷丸、滚花、压丸、碾压等，目的是使表面产生压应力，提高表面硬

199、度增加表目的是使表面产生压应力，提高表面硬度增加表面粗糙度来提高抗微动磨损性能面粗糙度来提高抗微动磨损性能;(2)表面化学强化表面化学强化。包括渗硫、渗氮、渗硼、渗铬、。包括渗硫、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒等。通过化学强化工艺增加金属表面间化合渗钒等。通过化学强化工艺增加金属表面间化合物浓度，提高表面硬度，使表面产生压应力和改物浓度，提高表面硬度，使表面产生压应力和改变表面化学成分，从而提高抗粘着性能和表面疲变表面化学成分，从而提高抗粘着性能和表面疲劳强度劳强度;三、表面强化工艺措施三、表面强化工艺措施(3)电镀和化学镀表面强化电镀和化学镀表面强化。包括镀银、铜、铝、锡、。包括镀银、铜、铝、锡、锌

200、和镍等锌和镍等;(4)离子溅射、离子镀、离子注入离子溅射、离子镀、离子注入。离子溅射可获得。离子溅射可获得极薄而均匀的涂层，不仅获得良好的抗微动磨损极薄而均匀的涂层，不仅获得良好的抗微动磨损性能，而且不影响原部件的配合公差性能，而且不影响原部件的配合公差;(5)热喷涂表面强化热喷涂表面强化。包括离子喷涂、火焰喷涂、电。包括离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂。热喷涂工艺虽然降低材料的普通疲劳强弧喷涂。热喷涂工艺虽然降低材料的普通疲劳强度，但能提高材料的微动疲劳强度度，但能提高材料的微动疲劳强度;(6)冷挤压强化工艺冷挤压强化工艺。通过以位错和冷挤压强化工艺。通过以位错和冷挤压强化工艺来提高微动疲劳寿命

201、，或利用激光淬火提高其抗来提高微动疲劳寿命，或利用激光淬火提高其抗微动磨损能力的表面淬火工艺均属此类。微动磨损能力的表面淬火工艺均属此类。总总 述述 要想完全消除微动磨损是不可能的，但可以通过要想完全消除微动磨损是不可能的，但可以通过采取相应的措施来减轻微动损伤的程度。因此在采取相应的措施来减轻微动损伤的程度。因此在实际工作中，要加强对典型机械零件结构中的微实际工作中，要加强对典型机械零件结构中的微动损伤的研究，搜集微动失效方面实例，建立典动损伤的研究，搜集微动失效方面实例，建立典型零件预防和控制微动磨损的措施，把微动损伤型零件预防和控制微动磨损的措施，把微动损伤降低到最低程度。降低到最低程度

202、。磨损的控制和防磨措施磨损的控制和防磨措施1、磨损的控制因素：、磨损的控制因素：v材料选择材料选择v润滑剂的选择润滑剂的选择v表面粗糙度表面粗糙度v机械结构和尺寸设计、安装调试等方面控机械结构和尺寸设计、安装调试等方面控制磨损制磨损 v表面温升和冷却表面温升和冷却材料的选择材料的选择各种磨损类型对材料性能的要求各种磨损类型对材料性能的要求磨损磨损类型类型配对材料的性能要求配对材料的性能要求粘着粘着磨损磨损不溶焊、不互溶、低表面能、低延展性、高硬度、不溶焊、不互溶、低表面能、低延展性、高硬度、六方结晶结构等易形成防粘着表面层六方结晶结构等易形成防粘着表面层磨料磨料磨损磨损高硬度、高含碳量、晶粒尺

203、寸小、弹性模量低的细高硬度、高含碳量、晶粒尺寸小、弹性模量低的细晶组织、纤维状（断口）结构、易于发生加工硬化晶组织、纤维状（断口）结构、易于发生加工硬化疲劳疲劳磨损磨损耐疲劳、耐腐蚀、表层含杂质较少耐疲劳、耐腐蚀、表层含杂质较少腐蚀腐蚀磨损磨损更高的耐腐蚀能力，不易与所用的润滑材料起腐蚀更高的耐腐蚀能力，不易与所用的润滑材料起腐蚀性反应，表面进行耐腐蚀处理性反应，表面进行耐腐蚀处理润滑剂的选择润滑剂的选择v润滑的主要作用之一是降低磨损，所以要针对可能存在的磨润滑的主要作用之一是降低磨损，所以要针对可能存在的磨损状况选择合适的润滑剂。应当提醒注意的是：有的润滑剂损状况选择合适的润滑剂。应当提醒注

204、意的是：有的润滑剂可能对抗粘着磨损有利，但却会引起更严重的氧化磨损。如可能对抗粘着磨损有利，但却会引起更严重的氧化磨损。如含极压添加剂的润滑剂。因此选用时一定要权衡利弊。含极压添加剂的润滑剂。因此选用时一定要权衡利弊。 表面粗糙度表面粗糙度v根据润滑状态（如流体润滑、边界润滑、固体润滑）的不同，根据润滑状态（如流体润滑、边界润滑、固体润滑）的不同，选择合适的粗糙度。选择合适的粗糙度。v表面纹理化表面纹理化 机械结构和尺寸设计、安装调试等方面控制磨损机械结构和尺寸设计、安装调试等方面控制磨损v如设计尽量用大面积接触，减小接触应力、减少磨损。如设计尽量用大面积接触，减小接触应力、减少磨损。有例外，

205、如超高分子量聚乙烯。有例外，如超高分子量聚乙烯。表面温升和冷却表面温升和冷却v材料的温升是导致摩擦副失效的重要原因，因此改善冷却条材料的温升是导致摩擦副失效的重要原因，因此改善冷却条件，尽快降低摩擦面的温度是十分重要的。如选用导热性能件，尽快降低摩擦面的温度是十分重要的。如选用导热性能良好的材料，加大润滑剂流量，增大强制散热面积和增添散良好的材料，加大润滑剂流量，增大强制散热面积和增添散热装置等。热装置等。2、防磨措施、防磨措施v润滑润滑v选用耐磨材料选用耐磨材料v进行表面改性进行表面改性润滑润滑v润滑是防磨的有效手段。改善润滑技术，包括正确运用润滑是防磨的有效手段。改善润滑技术，包括正确运用

206、润滑原理，合理设计润滑方式和润滑系统，研制开发新润滑原理，合理设计润滑方式和润滑系统，研制开发新型有效的润滑材料等等。型有效的润滑材料等等。v但必须注意的是：某种手段对某工况下适用、有效，并但必须注意的是：某种手段对某工况下适用、有效，并不等于它对任何工况都适用。不等于它对任何工况都适用。 选用耐磨材料选用耐磨材料v根据不同的磨损类型来选择耐磨材料和摩擦副配对。根据不同的磨损类型来选择耐磨材料和摩擦副配对。进行表面改性进行表面改性v使用整体耐磨材料通常比较昂贵，另外，有些性能能满足耐使用整体耐磨材料通常比较昂贵，另外，有些性能能满足耐磨，但不能满足摩擦元件对强度、刚度、韧性等要求。采用磨，但不

207、能满足摩擦元件对强度、刚度、韧性等要求。采用表面改性的方法，可以充分发挥材料表面和芯部不同的作用。表面改性的方法，可以充分发挥材料表面和芯部不同的作用。表面改性的目的：表面改性的目的：1、降低摩擦力：、降低摩擦力： 改善负荷分布及接触状态。改性后的表面应具有低剪切强度和润滑作改善负荷分布及接触状态。改性后的表面应具有低剪切强度和润滑作用。通常用（施加）与原表面不同的各种涂（镀）层，如：用。通常用（施加）与原表面不同的各种涂（镀）层，如： v粘结固体润滑膜；粘结固体润滑膜；v物理气相沉积镀层；物理气相沉积镀层；v化学气相沉积涂层；化学气相沉积涂层；v固体润滑剂擦涂膜；固体润滑剂擦涂膜；v电化学沉

208、积膜（包括共析电镀、电泳、化学镀等；电化学沉积膜（包括共析电镀、电泳、化学镀等；v原位化学转化膜；原位化学转化膜；v摩擦聚合膜；摩擦聚合膜；vLB膜。膜。 2 2、防止表面损伤：、防止表面损伤： 改性后得到耐磨的硬表面。常用的有：机械强化处理，表面化学处改性后得到耐磨的硬表面。常用的有：机械强化处理，表面化学处理，常规的金属热处理，化学热处理，热喷涂和等离子喷涂膜等。以及近理，常规的金属热处理，化学热处理，热喷涂和等离子喷涂膜等。以及近代的物理表面强化技术（包括物理气相沉积、化学气相沉积、激光技术、代的物理表面强化技术（包括物理气相沉积、化学气相沉积、激光技术、等离子技术、离子注入和离子束技术

209、等方法）。等离子技术、离子注入和离子束技术等方法）。 常见的表面改性技术常见的表面改性技术（1）机械强化处理：）机械强化处理： 主要有喷砂（干喷和湿喷），喷丸，起主要有喷砂（干喷和湿喷），喷丸，起 冷作硬化作用。冷作硬化作用。v 目的与性能：达到一定的粗糙度，有利于机械啮合或储存目的与性能：达到一定的粗糙度，有利于机械啮合或储存润滑剂的作用；提高表面硬度，暴露新鲜表面，提高表面活润滑剂的作用；提高表面硬度，暴露新鲜表面，提高表面活性。性。 （2）表面化学处理：）表面化学处理： 是通过在表面上进行化学反应，使金属形成一个表面层。是通过在表面上进行化学反应，使金属形成一个表面层。表面层具有以下不同

210、类型：表面层具有以下不同类型： v多孔型表面层，便于储存润滑剂，如多孔型表面层，便于储存润滑剂，如ZnPO3。v活性表面层，易于与其上的润滑膜或边界膜相结合，如活性表面层，易于与其上的润滑膜或边界膜相结合，如FeS。或改变惰性材料表面的钝化性，或改变惰性材料表面的钝化性， 防腐蚀、耐磨、改变表面能防腐蚀、耐磨、改变表面能等。等。 常用的表面化学处理方法有：常用的表面化学处理方法有：v钢铁钢铁：磷化、硫化、氧化等。可提高其表面上润滑膜的：磷化、硫化、氧化等。可提高其表面上润滑膜的防腐防腐性及耐磨性。性及耐磨性。v不锈钢：不锈钢：氧化、草酸盐化。可增强不锈钢表面的活性。氧化、草酸盐化。可增强不锈钢

211、表面的活性。v铝铝：阳极氧化、氯化。可提高铝的耐磨性。：阳极氧化、氯化。可提高铝的耐磨性。v铜：铜：氧化。氧化。v聚合物聚合物：改变聚合物的表面能。如：改变聚合物的表面能。如PTFE用四氢呋喃和精萘处用四氢呋喃和精萘处理后，磨损率降低到原来的理后，磨损率降低到原来的1/200。（3 3）常规金属热处理）常规金属热处理v 淬火、表面淬火：淬火、表面淬火：（4）化学热处理）化学热处理 将一些元素及化合物将一些元素及化合物,通过气相、液相或固相将其扩通过气相、液相或固相将其扩散到金属表层内的处理方法。散到金属表层内的处理方法。 （5 5）物理强化表面改性）物理强化表面改性 a a、激光技术、激光技术

212、v表面形成冶金性结合的合金层；表面形成冶金性结合的合金层；v粉末注入法；粉末注入法；v玻璃化法；玻璃化法；v照射改性；照射改性；v相变硬化；相变硬化；v冲击硬化。冲击硬化。 b、等离子技术、等离子技术v等离子轰击等离子轰击v等离子化学处理等离子化学处理v等离子条件下进行镀层等离子条件下进行镀层 v等离子聚合反应等离子聚合反应 v等离子喷涂等离子喷涂 c、离子注入、离子注入 将元素离子化，并在将元素离子化，并在101102keV的的静电高能下加速注入材料表层。比热扩散静电高能下加速注入材料表层。比热扩散的效果好，不仅可提高表面硬度，还能改的效果好，不仅可提高表面硬度，还能改善材料表层的微结构。降

213、低材料摩擦系数善材料表层的微结构。降低材料摩擦系数和改善耐磨性。和改善耐磨性。 应应 用用 实实 例例材材 料料效效 果果牙科用钻头牙科用钻头WCWC烧结体烧结体寿命长寿命长4 4倍倍整形外科内植组织整形外科内植组织（如人工关节）（如人工关节）Ti6Al4VTi6Al4V寿命长寿命长400400倍倍挤压成型模具挤压成型模具各种合金各种合金寿命长寿命长4 46 6倍倍核燃料切片冲孔用核燃料切片冲孔用冲模冲模D D2 2钢钢寿命长寿命长3 35 5倍，倍，粘着减小粘着减小轴承（航空精密轴轴承（航空精密轴承）承）440440，5210052100钢钢改善腐蚀磨损改善腐蚀磨损及疲劳及疲劳d、离子束技术

214、、离子束技术 在摩擦学领域中应用离子束技术是将离子束的离子或与在摩擦学领域中应用离子束技术是将离子束的离子或与蒸发源的电子共同作用于表面，以达到表面改性的目的。能蒸发源的电子共同作用于表面，以达到表面改性的目的。能量低于离子注入，可在量低于离子注入，可在100nm厚度范围内起作用。厚度范围内起作用。u离子束混合涂层；离子束混合涂层；u离子束增强或离子束辅助沉积；离子束增强或离子束辅助沉积； u离子束反冲注入（反冲混合）或离子束轰击扩散镀层。离子束反冲注入（反冲混合）或离子束轰击扩散镀层。磨损的检测与评定磨损的检测与评定检测参数：检测参数：1.耐磨性：耐磨性：材料抵抗磨损的能力，属于系统性质。材

215、料抵抗磨损的能力，属于系统性质。2.磨损量：磨损量： 长度磨损量长度磨损量Wl：磨损表面法线方向尺寸的改变量，磨损表面法线方向尺寸的改变量， 在实际设备的磨损检测中经常用。在实际设备的磨损检测中经常用。 体积磨损量体积磨损量Wv和重量磨损量和重量磨损量Ww： 磨损试样的体积或重量的改变量。磨损试样的体积或重量的改变量。3. 相对耐磨性相对耐磨性： = 标准试样的磨损量标准试样的磨损量 / 被测试试样的磨损量被测试试样的磨损量 4. 4.磨损率：磨损率： 磨损量对产生磨损的行程或时间之磨损量对产生磨损的行程或时间之比。接触力不大情况下，聚合物和金属或陶瓷比。接触力不大情况下，聚合物和金属或陶瓷的磨损体积：的磨损体积： V = k PX V磨损体积，磨损体积，P 接触载荷，接触载荷，X滑行距离，滑行距离，k磨损磨损因子。因子。k与材料的种类和表面特性有关，通常与材料的种类和表面特性有关，通常作为磨损率定量化指标。作为磨损率定量化指标。