摩擦学原理第4章ppt课件.ppt

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1、 磨损的研究工作开展得较迟，本世纪磨损的研究工作开展得较迟，本世纪50年代初期在工业年代初期在工业发展国家开始研究发展国家开始研究“粘着磨损粘着磨损”理论，探讨磨损机理。理论，探讨磨损机理。1953年美国的年美国的J. F. Archard 提出了简单的磨损计算公式，提出了简单的磨损计算公式，1957年年苏联的克拉盖尔斯基提出了固体疲劳理论和计算方法，苏联的克拉盖尔斯基提出了固体疲劳理论和计算方法，1973年美国的年美国的N.P.Suh提出了磨损剥层理论。提出了磨损剥层理论。 20 20世纪世纪6060年代后，由于电子显微镜、光谱仪、能谱仪、俄年代后，由于电子显微镜、光谱仪、能谱仪、俄歇谱仪以

2、及电子衍射仪等测试仪器和放射性同位素示踪技术、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、铁谱技术等大量和综合的应用，使得磨损研究在磨损力学、铁谱技术等大量和综合的应用，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，分析和监测磨损分、组织和性能的变化，以搞清磨损

3、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。过程，从而寻求提高机器寿命的可能途径。 磨损是相互接触的物体在相对运动时，磨损是相互接触的物体在相对运动时，表层材料不断发生损耗的过程或者产生残表层材料不断发生损耗的过程或者产生残余变形的现象。余变形的现象。v定义说明定义说明磨损并不局限于机械作用，由于伴同化学作用而产生的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；的范围之

4、内；v定义说明定义说明 定义强调磨损是相对运动中所产生的现象，因而，橡胶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；的范畴；磨损发生在物体工作表面材料上，其它非界面材料的损失磨损发生在物体工作表面材料上，其它非界面材料的损失或破坏，不包括在磨损范围之内；或破坏，不包括在磨损范围之内；磨损是不断损失或破坏的现象，损失包括直接耗失材料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和材料的转移( (材料从一个表面转移到另一个表面上去材料从一个表面转移到另一个表面上去) )

5、，破坏包括产生残余变形，失去表面精度和光泽等。不断损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。然的几次。 苏联学者苏联学者 (1953(1953年年) )根据摩擦表面的作用将根据摩擦表面的作用将磨损分为以下三大类，认为磨粒磨损是最普遍的磨损形式：磨损分为以下三大类，认为磨粒磨损是最普遍的磨损形式：由摩擦表面的机械作用产生的磨损，包括磨粒磨由摩擦表面的机械作用产生的磨损，包括磨粒磨损、表面塑性变形、脆性剥落等。损、表面塑性变形、脆性剥落等。由于分子力作用形成表面粘着结点，再经由于

6、分子力作用形成表面粘着结点，再经机械作用使粘着结点剪切所产生的磨损，即粘着磨损。机械作用使粘着结点剪切所产生的磨损，即粘着磨损。这类磨损是由介质的化学作用引起表面腐这类磨损是由介质的化学作用引起表面腐蚀，而摩擦中的机械作用加速腐蚀过程，它包括氧化磨损和蚀，而摩擦中的机械作用加速腐蚀过程，它包括氧化磨损和化学腐蚀磨损。化学腐蚀磨损。 克拉盖里斯基克拉盖里斯基(1962(1962年年) )提出的磨损分类方法将磨提出的磨损分类方法将磨损划分为三个过程，根据损划分为三个过程，根据每一过程的分类来说明相每一过程的分类来说明相互关系，如图所示。互关系，如图所示。表面的相互作用表面的相互作用 两个摩擦表面的

7、相互作两个摩擦表面的相互作用可以是机械的或分子的用可以是机械的或分子的两类，两类，包括弹性变形、塑性变形和犁沟效应，它可包括弹性变形、塑性变形和犁沟效应，它可以是由两个表面的粗糙峰直接啮合引起的，也可以是三体摩以是由两个表面的粗糙峰直接啮合引起的，也可以是三体摩擦中夹在两表面间的外界磨粒造成的；擦中夹在两表面间的外界磨粒造成的；包括相包括相互吸引和粘着效应两种，前者作用力小而后者的作用力较大。互吸引和粘着效应两种，前者作用力小而后者的作用力较大。 表面层的塑性变形使金属冷作硬化而变脆；如果表面经表面层的塑性变形使金属冷作硬化而变脆；如果表面经受反复的弹性变形，则将产生疲劳破坏。摩擦热引起的表受

8、反复的弹性变形，则将产生疲劳破坏。摩擦热引起的表面接触高温可以使表层金属退火软化，接触以后的急剧冷面接触高温可以使表层金属退火软化，接触以后的急剧冷却将导致再结晶或固溶体分解。外界环境的影响主要是介却将导致再结晶或固溶体分解。外界环境的影响主要是介质在表层中的扩散，包括氧化和其它化学腐蚀作用，因而质在表层中的扩散，包括氧化和其它化学腐蚀作用，因而改变了金属表面层的组织结构。改变了金属表面层的组织结构。 在摩擦表面的相互作用下，表面层将发生机械的、在摩擦表面的相互作用下，表面层将发生机械的、组织结构的、物理的和化学的变化，这是由于表面变形、组织结构的、物理的和化学的变化，这是由于表面变形、摩擦温

9、度和环境介质等因素的影响所造成的。摩擦温度和环境介质等因素的影响所造成的。v 由于犁沟作用在摩擦表面产生沿摩擦方向的沟由于犁沟作用在摩擦表面产生沿摩擦方向的沟痕和屑粒；痕和屑粒；v 在接触应力反复作用下，使金属疲劳破坏而形在接触应力反复作用下，使金属疲劳破坏而形成的表面凹坑；成的表面凹坑； v 金属表面由于变形强化而变脆，在载荷作用下金属表面由于变形强化而变脆，在载荷作用下产生微裂纹随后剥落；产生微裂纹随后剥落；v 由粘着效应形成的表面粘结点具有较高的连接由粘着效应形成的表面粘结点具有较高的连接强度，使剪切破坏发生在表层内一定深度，因而导致严重强度，使剪切破坏发生在表层内一定深度，因而导致严重

10、磨损；磨损；v 以上各种表层破坏的微观形式。以上各种表层破坏的微观形式。 根据近年来的研究，人们普遍认为按照不同的磨损机理来根据近年来的研究，人们普遍认为按照不同的磨损机理来分类是比较恰当的，通常将磨损划分为四个基本类型：分类是比较恰当的，通常将磨损划分为四个基本类型：v磨粒磨损磨粒磨损v粘着磨损粘着磨损v表面疲劳磨损表面疲劳磨损v腐蚀磨损腐蚀磨损 虽然这种分类还不十分完善，但它概括了各种常见的磨损虽然这种分类还不十分完善，但它概括了各种常见的磨损形式。例如：侵蚀磨损是表面和含有固体颗粒的液体相摩擦形式。例如：侵蚀磨损是表面和含有固体颗粒的液体相摩擦而形成的磨损，它可以归入磨粒磨损。微动磨损的

11、主要原因而形成的磨损，它可以归入磨粒磨损。微动磨损的主要原因是接触表面的氧化作用，可以将它归纳在腐蚀磨损之内。是接触表面的氧化作用，可以将它归纳在腐蚀磨损之内。 还应当指出：在实际的磨损现象中，通常是几还应当指出：在实际的磨损现象中，通常是几种形式的磨损同时存在，而且一种磨损发生后住种形式的磨损同时存在，而且一种磨损发生后住住诱发其它形式的磨损。住诱发其它形式的磨损。 例如疲劳磨损的磨屑会导致磨粒磨损，而磨粒例如疲劳磨损的磨屑会导致磨粒磨损，而磨粒磨损所形成的新净表面又将引起腐蚀或粘着磨损磨损所形成的新净表面又将引起腐蚀或粘着磨损微动磨损就是一种典型的复合磨损。在微动磨损微动磨损就是一种典型的

12、复合磨损。在微动磨损过程中，可能出现粘着磨损、氧化磨损、磨粒磨过程中，可能出现粘着磨损、氧化磨损、磨粒磨损和疲劳磨损等多种磨损形式随着工况条件的损和疲劳磨损等多种磨损形式随着工况条件的变化，不同形式磨损的主次不同变化，不同形式磨损的主次不同 磨损时零件表面的损坏是材料表面单个微观体积损坏的磨损时零件表面的损坏是材料表面单个微观体积损坏的总和。目前对磨损评定方法还没有统一的标准。这里主要介总和。目前对磨损评定方法还没有统一的标准。这里主要介绍三种方法：磨损量、耐磨性和磨损比。绍三种方法：磨损量、耐磨性和磨损比。 （1 1）磨损量）磨损量 评定材料磨损的三个基本磨损量是长度磨损量评定材料磨损的三个

13、基本磨损量是长度磨损量W Wl l、体积磨、体积磨损量损量W Wv v和重量磨损量和重量磨损量W Ww w。长度磨损量是指磨损过程中零件表。长度磨损量是指磨损过程中零件表面尺寸的改变量，这在实际设备的磨损监测中经常使用。体面尺寸的改变量，这在实际设备的磨损监测中经常使用。体积磨损量和重量磨损量是指磨损过程中零件或试样的体积或积磨损量和重量磨损量是指磨损过程中零件或试样的体积或重量的改变量。在所有的情况下，磨损都是时间的函数，因重量的改变量。在所有的情况下，磨损都是时间的函数，因此，用磨损率此，用磨损率W Wt t 来表示时间的特性。其它指标还有磨损强来表示时间的特性。其它指标还有磨损强度度W(

14、W(单位摩擦距离的磨损量，有人也把它称为磨损率单位摩擦距离的磨损量，有人也把它称为磨损率) )，和，和磨损速度磨损速度W WT T(是指机器完成一单位工作量的磨损量是指机器完成一单位工作量的磨损量) )。 材料的耐磨性是指在一定工作条件下材料耐磨损的特性。材料的耐磨性是指在一定工作条件下材料耐磨损的特性。材料耐磨性分为相对耐磨性和绝对耐磨性两种。材料的相对材料耐磨性分为相对耐磨性和绝对耐磨性两种。材料的相对耐磨性耐磨性是指两种材料是指两种材料A与与B在相同的外部条件下磨损量的比在相同的外部条件下磨损量的比值，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

15、磨损量磨损量WA和和WB一般用体积磨损量，特殊情况下可使用其它一般用体积磨损量，特殊情况下可使用其它磨损量。耐磨性通常也用绝对指标磨损量。耐磨性通常也用绝对指标W-1或或W -1表示，即用磨表示，即用磨损量或磨损率的倒数表示。损量或磨损率的倒数表示。W-1=1/W, W -1=1/W 耐磨性使用最多的是体积磨损量的倒数，也可用体积磨损率、耐磨性使用最多的是体积磨损量的倒数，也可用体积磨损率、体积磨损强度或体积磨损速度的倒数表示。体积磨损强度或体积磨损速度的倒数表示。 绝对耐磨性和相绝对耐磨性和相对耐磨性的关系是对耐磨性的关系是AWAW1 冲蚀磨损过程中常用磨损比冲蚀磨损过程中常用磨损比( (也

16、有称磨损率也有称磨损率) )来度来度量磨损。量磨损。 它必须在稳态磨损过程中测量，在其它磨损阶段它必须在稳态磨损过程中测量，在其它磨损阶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。 不论是磨损量、耐磨性和磨损比，它们都是在一不论是磨损量、耐磨性和磨损比，它们都是在一定实验条件或工况下的相对指标，不同实验条件或定实验条件或工况下的相对指标，不同实验条件或工况下的数据是不可比较的。工况下的数据是不可比较的。）料量（造成该磨损量所用的磨）或材料的冲蚀磨损量（磨损比gmg3 在摩擦磨损过程中，摩擦表面及表在摩擦磨损过程中，摩擦表面及表层的形貌、结构与性能发生变化，反层的形貌、结构

17、与性能发生变化，反过来也使摩擦副的接触特性、摩擦和过来也使摩擦副的接触特性、摩擦和磨损特性发生变化。金属的摩擦磨损磨损特性发生变化。金属的摩擦磨损是一动态过程，随时间或磨程而变化。是一动态过程，随时间或磨程而变化。 大多数金属的磨损量与运转时间大多数金属的磨损量与运转时间(磨程磨程)的典型关系如图所的典型关系如图所示。这里磨损量以零件的体积或重量损失，也可按沿摩擦示。这里磨损量以零件的体积或重量损失，也可按沿摩擦面垂直方向的尺寸减少量面垂直方向的尺寸减少量(线磨损线磨损)来衡量。零件的正常磨损来衡量。零件的正常磨损过程大致可分为三个阶段。各阶段长短、磨损率过程大致可分为三个阶段。各阶段长短、磨

18、损率dW/dt或或dW/dl的大小将随零件或试样摩擦副表面的粗糙度，环境气的大小将随零件或试样摩擦副表面的粗糙度，环境气氛与温度，载荷大小及摩擦速度等因素的不同而不同。氛与温度，载荷大小及摩擦速度等因素的不同而不同。 在载荷作用下，摩擦表面上的微凸体的形状发生变化，在载荷作用下，摩擦表面上的微凸体的形状发生变化，真实接触面积逐渐加大，直至相对稳定。此时，摩擦表层发真实接触面积逐渐加大，直至相对稳定。此时，摩擦表层发生塑性变形和加工硬化。磨损率初始很大随后逐渐减小至进生塑性变形和加工硬化。磨损率初始很大随后逐渐减小至进入稳定。入稳定。 跑合对于许多机器的摩擦副是非常重要的，通过跑合改跑合对于许多

19、机器的摩擦副是非常重要的，通过跑合改变原机械零件加工表面的形态，进入稳定的工作运转状态。变原机械零件加工表面的形态，进入稳定的工作运转状态。跑合过程的特点是摩擦表面有较大的磨损并发热，表面的跑合过程的特点是摩擦表面有较大的磨损并发热，表面的几何形貌及表面和表层的物理、力学性能发生变化。有时几何形貌及表面和表层的物理、力学性能发生变化。有时还会形成某种表面膜还会形成某种表面膜( (氧化膜、粘着转移膜等氧化膜、粘着转移膜等) )。 各种滑动摩擦副经跑合后，会得到一相应于给定摩擦状态各种滑动摩擦副经跑合后，会得到一相应于给定摩擦状态下稳定的表面粗糙度，其与初始表面粗糙度无关。跑合是摩下稳定的表面粗糙

20、度，其与初始表面粗糙度无关。跑合是摩擦副的自适应过程，在很多情况下可认为是一种有益的磨损擦副的自适应过程，在很多情况下可认为是一种有益的磨损过程。为了达到有益的效果，对磨合过程的工作参数也应进过程。为了达到有益的效果，对磨合过程的工作参数也应进行合理的选择。否则在某些情况下也会出现摩擦副的早期严行合理的选择。否则在某些情况下也会出现摩擦副的早期严重磨损至使零件报废。重磨损至使零件报废。 良好的磨合性能表现为磨合时间短，磨合磨损量小，以及良好的磨合性能表现为磨合时间短，磨合磨损量小，以及磨合后的表面耐磨性高。为提高磨合性能一般可采取以下措磨合后的表面耐磨性高。为提高磨合性能一般可采取以下措施：施

21、： 新机器开始工作时载荷不可过大，否则将严量损伤表面，新机器开始工作时载荷不可过大，否则将严量损伤表面，造成早期磨损失效。合理的磨合规范应当是逐步地增加载造成早期磨损失效。合理的磨合规范应当是逐步地增加载荷和摩擦速度，使表面品质得到相应改善，而磨合最后阶荷和摩擦速度，使表面品质得到相应改善，而磨合最后阶段的工作条件要接近使用工况。机器磨合以后，应将带有段的工作条件要接近使用工况。机器磨合以后，应将带有磨屑的润滑油更换方可投入正式使用。磨屑的润滑油更换方可投入正式使用。 摩擦副的磨合性能应是配对材料的组合性质。磨合性能摩擦副的磨合性能应是配对材料的组合性质。磨合性能良好的材料不仅是本身易于磨合，

22、而且又能够对互配件的良好的材料不仅是本身易于磨合，而且又能够对互配件的磨合起促进作用。磨合起促进作用。 以滑动轴承材料为例。通常轴颈材料为钢，轴承材料采以滑动轴承材料为例。通常轴颈材料为钢，轴承材料采用巴氏合金时，磨合性能较好，因为巴氏合金塑性好本身用巴氏合金时，磨合性能较好，因为巴氏合金塑性好本身易于磨合，而组织中又合有易于磨合，而组织中又合有SnSbSnSb硬颗粒对轴颈表面起磨合硬颗粒对轴颈表面起磨合作用。铅青铜整个组织质地较软，本身容易磨合，但对轴作用。铅青铜整个组织质地较软，本身容易磨合，但对轴颈的磨合作用不大，故磨合时间较长。而铁铝青铜中含有颈的磨合作用不大，故磨合时间较长。而铁铝青

23、铜中含有FeAlFeAl3 3颗粒，硬度很高，因而本身难以磨合又容易伤轴，与颗粒，硬度很高，因而本身难以磨合又容易伤轴，与它相配的轴颈表面必须淬火硬化。它相配的轴颈表面必须淬火硬化。 为了改善材料本身的磨合性能，可以在表面镀一薄层塑为了改善材料本身的磨合性能，可以在表面镀一薄层塑性金属，例如铸铁活塞环表面镀锡。如果要加速配对表面性金属，例如铸铁活塞环表面镀锡。如果要加速配对表面的磨合过程，有时在摩擦表面间加入适当的磨料，但是应的磨合过程，有时在摩擦表面间加入适当的磨料，但是应当选择恰当。当选择恰当。 粘度较低的润滑油对于提高磨合性能有很大作用。磨粘度较低的润滑油对于提高磨合性能有很大作用。磨合

24、后的耐磨性取决于表面品质，而润滑油性质对磨合表面合后的耐磨性取决于表面品质，而润滑油性质对磨合表面有显著影响。观察采用不同润滑油时磨合前后摩擦表面的有显著影响。观察采用不同润滑油时磨合前后摩擦表面的形貌发现：随着润滑油粘度增加，磨合过程中粘着磨损所形貌发现：随着润滑油粘度增加，磨合过程中粘着磨损所形成的擦痕也较深和较宽，使表面耐磨性降低。而低粘度形成的擦痕也较深和较宽，使表面耐磨性降低。而低粘度的润滑油导热性好，容易维持表面吸附膜，磨合过程中粘的润滑油导热性好，容易维持表面吸附膜，磨合过程中粘着磨损较轻，使表面品质得到改善。着磨损较轻，使表面品质得到改善。 如果在磨合用润滑油中加入适当的油性添

25、加剂，一方如果在磨合用润滑油中加入适当的油性添加剂，一方面可以加速磨合过程，另一方面由于加强了吸附膜可以避面可以加速磨合过程，另一方面由于加强了吸附膜可以避免严重的粘着磨损痕迹，因而提高了表面品质。免严重的粘着磨损痕迹，因而提高了表面品质。 显然，提高摩擦副表面的制造和装配精度将显著地减少显然，提高摩擦副表面的制造和装配精度将显著地减少磨合阶段的磨损量。而表面粗糙度的选择应根据磨损工况磨合阶段的磨损量。而表面粗糙度的选择应根据磨损工况条件来确定。条件来确定。(1946年年)研究轴颈与轴承表面的磨合研究轴颈与轴承表面的磨合指出，不同加工方法的表面磨合后的粗糙度相同，但磨合指出，不同加工方法的表面

26、磨合后的粗糙度相同，但磨合时间不同。时间不同。 许多实验结果都证明：磨合结束后形成的表面粗糙度与许多实验结果都证明：磨合结束后形成的表面粗糙度与机械加工后所得到的原始粗糙度大小无关，而取决于磨损机械加工后所得到的原始粗糙度大小无关，而取决于磨损工况条件，如摩擦副材料、载荷、滑动速度、温度和润滑工况条件，如摩擦副材料、载荷、滑动速度、温度和润滑条件等。磨合后粗糙度是给定工况条件下的最佳粗糙度，条件等。磨合后粗糙度是给定工况条件下的最佳粗糙度，它保证磨损率最低。如果磨合前的粗糙度接近最佳粗糙度，它保证磨损率最低。如果磨合前的粗糙度接近最佳粗糙度，可以使磨合磨损量成倍地降低。可以使磨合磨损量成倍地降

27、低。 摩擦副经过跑合后，进入稳定磨损阶段。这摩擦副经过跑合后，进入稳定磨损阶段。这时，在摩擦条件不变的情况下，摩擦的实际接触时，在摩擦条件不变的情况下，摩擦的实际接触面积保持不变面积保持不变( (动态平衡动态平衡) )，即一些摩擦结点因磨，即一些摩擦结点因磨损而破坏，又生成一些新的摩擦结点，单位面积损而破坏，又生成一些新的摩擦结点，单位面积上的实际接触压力保持一定上的实际接触压力保持一定( (动态平衡动态平衡) )，磨损率，磨损率趋于稳定。这一阶段相应于大多数机械设备摩擦趋于稳定。这一阶段相应于大多数机械设备摩擦副的正常工作阶段，它的长短相应于摩擦副的工副的正常工作阶段，它的长短相应于摩擦副的

28、工作寿命。作寿命。 随着磨损过程的进行，摩擦副零件几何尺寸随着磨损过程的进行，摩擦副零件几何尺寸发生较明显的变化，产生大量的磨屑，零件摩擦发生较明显的变化，产生大量的磨屑，零件摩擦表面及表层发生严重的变形，零件的尺寸精度严表面及表层发生严重的变形，零件的尺寸精度严重下降，摩擦条件发生很大变化，出现振动，严重下降，摩擦条件发生很大变化，出现振动，严重发热等现象，使磨损速率升高，零件被急剧磨重发热等现象，使磨损速率升高，零件被急剧磨损，直至报废。损，直至报废。 。 磨损有几种性质不同而又互不相关的机理，磨损有几种性质不同而又互不相关的机理，Burwell归归纳为四种机理：粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨

29、损和腐蚀磨纳为四种机理：粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损，是磨损的基本形式。损，是磨损的基本形式。 当然，除了上述四种基本类型之外，还有一些其它的磨当然，除了上述四种基本类型之外，还有一些其它的磨损类型，例如冲蚀磨损、热磨损等等。冲蚀磨损是指流体损类型，例如冲蚀磨损、热磨损等等。冲蚀磨损是指流体束冲击固体表面而造成的磨损，它包括颗粒流束冲蚀、流束冲击固体表面而造成的磨损，它包括颗粒流束冲蚀、流体冲蚀、气蚀和电火花冲蚀体冲蚀、气蚀和电火花冲蚀(如电机上的电刷的冲蚀等如电机上的电刷的冲蚀等)。热。热磨损是指在滑动摩擦时，由于摩擦区温度升高使金属组织磨损是指在滑动摩擦时，由于摩擦区温度升高使金

30、属组织软化而使表面软化而使表面“涂抹涂抹”、转移和摩擦表面微粒的脱落。而、转移和摩擦表面微粒的脱落。而微动磨损实际上是一种复合磨损。下面讨论和分析各种磨微动磨损实际上是一种复合磨损。下面讨论和分析各种磨损机理及其影响因素。损机理及其影响因素。v当摩擦副表面相对滑动时，由于粘着效应所形成的粘着结当摩擦副表面相对滑动时，由于粘着效应所形成的粘着结点发生剪切断裂，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另一个表面，此类磨损统称为粘着磨损。面迁移到另一个表面，此类磨损统称为粘着磨损。v根据粘结点的强度和破坏位置不同，粘着磨损有几种不同根据粘结点的

31、强度和破坏位置不同，粘着磨损有几种不同的形式，从轻微磨损到破坏性严重的胶合磨损它们的磨损的形式，从轻微磨损到破坏性严重的胶合磨损它们的磨损形式、摩擦系数和磨损度虽然不同，但共同的特征是出现材形式、摩擦系数和磨损度虽然不同，但共同的特征是出现材料迁移，以及沿滑动方向形成程度不同的划痕。料迁移，以及沿滑动方向形成程度不同的划痕。 当粘结点的强度低于摩擦副两金属的强度时，剪切发生当粘结点的强度低于摩擦副两金属的强度时，剪切发生在结合面上，此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，在结合面上，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、硫化膜材料迁移也不显著通常在金属表

32、面具有氧化膜、硫化膜或其它涂层时发生此种粘着磨损。或其它涂层时发生此种粘着磨损。 粘结点的强度高于摩擦副中较软金属的剪切强度时，破粘结点的强度高于摩擦副中较软金属的剪切强度时，破坏将发生在离结合面不远的软金属表层内，因而软金属粘坏将发生在离结合面不远的软金属表层内，因而软金属粘附在硬金属表面上。通常也将这种现象称为涂抹。这种磨附在硬金属表面上。通常也将这种现象称为涂抹。这种磨损的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。损的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。如果粘结点强度比两金属的剪切强度高得如果粘结点强度比两金属的剪切强度高得多，而且粘结点面积较大时，剪切破坏发生在一个或两个多，而且

33、粘结点面积较大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层较深的地方。此时，两表面出现严重磨损，甚至金属表层较深的地方。此时，两表面出现严重磨损，甚至使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。当粘结强度高于两金属材料强度时，剪切当粘结强度高于两金属材料强度时，剪切破坏主要发生在软金属的表层内，有时也发生在硬金属表破坏主要发生在软金属的表层内，有时也发生在硬金属表层内。迁移到硬金属上的粘着物又使软表面出现划痕，所层内。迁移到硬金属上的粘着物又使软表面出现划痕，所以擦伤主要发生在软金属表面。以擦伤主要发生在软金属表面。 高速重载摩擦副中，由于接触峰点的塑性变形大和表面高速重载摩擦副中

34、，由于接触峰点的塑性变形大和表面温度高，使粘着结点的强度和面积增大，通常产生胶合磨温度高，使粘着结点的强度和面积增大，通常产生胶合磨损。相同金属材料组成的摩擦副中，因为粘着结点附近的损。相同金属材料组成的摩擦副中，因为粘着结点附近的材料塑性变形和冷作硬化程度相同，剪切破坏发生在很深材料塑性变形和冷作硬化程度相同，剪切破坏发生在很深的表层，胶合磨损更为剧烈。的表层，胶合磨损更为剧烈。 通常摩擦表面的实际接触面积只有表观面积的通常摩擦表面的实际接触面积只有表观面积的0.10.01。对于重载高速摩擦副，接触峰点的表面压力有时可。对于重载高速摩擦副，接触峰点的表面压力有时可达达5000MPa，并产生，

35、并产生1000以上的瞬现温度。而由于摩擦副以上的瞬现温度。而由于摩擦副体积远小于接触峰点，一旦脱离接触，峰点温度便迅速下降，体积远小于接触峰点，一旦脱离接触，峰点温度便迅速下降，一般局部高温持续时间只有几个毫秒。一般局部高温持续时间只有几个毫秒。 摩擦表面处于这种状态下，润滑油膜、吸附膜或其它表面摩擦表面处于这种状态下，润滑油膜、吸附膜或其它表面膜发生破裂，使接触峰点产生粘着，随后在滑动中粘着结点膜发生破裂，使接触峰点产生粘着，随后在滑动中粘着结点破坏。这种粘着、破坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。破坏。这种粘着、破坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。有关粘着形成的原因提出了不同的观点。虽然

36、有关粘着机理有关粘着形成的原因提出了不同的观点。虽然有关粘着机理目前还没有比较统一的观点，但是粘着现象必须在一定的压目前还没有比较统一的观点，但是粘着现象必须在一定的压力和温度条件下才会发生这一认识是相当一致的。力和温度条件下才会发生这一认识是相当一致的。vBowdon等人认为粘着是接触峰点的塑性变形等人认为粘着是接触峰点的塑性变形和瞬现高温使材料熔化或软化而产生的焊合。和瞬现高温使材料熔化或软化而产生的焊合。v也有人提出：温度升高后，由于物质离解所也有人提出：温度升高后，由于物质离解所产生的类似焊接的作用而形成粘结点。然而非产生的类似焊接的作用而形成粘结点。然而非金属材料也发生粘着现象，用高

37、温熔焊的观点金属材料也发生粘着现象，用高温熔焊的观点不能解释非金属粘结点的形成。不能解释非金属粘结点的形成。 v 等人认为粘着是冷焊作用，不必达等人认为粘着是冷焊作用，不必达到熔化温度即可形成粘结点。到熔化温度即可形成粘结点。v有人提出粘着是由于摩擦副表面分子作用。有人提出粘着是由于摩擦副表面分子作用。v也有人试图用金属价电子的运动或者同类金属原也有人试图用金属价电子的运动或者同类金属原子在彼此结晶格架之间的运动和互相填充来解释粘子在彼此结晶格架之间的运动和互相填充来解释粘着现象。着现象。 但是这些观点尚未取得充足的实验数据。但是这些观点尚未取得充足的实验数据。粘着结点的破坏情况十分复杂，粘着

38、结点的破坏情况十分复杂，它与摩擦副和粘结点的相对强度以及粘结点的分布它与摩擦副和粘结点的相对强度以及粘结点的分布有关。有关。 Archard(1953年年)提出的粘着磨损计算模型见下图。选取摩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擦副之间的粘着结点面积为以a为半径的圆，每一个粘着结为半径的圆，每一个粘着结点的接触面积为点的接触面积为a2如果表面处于塑性接触状态，则每个如果表面处于塑性接触状态，则每个粘结点支承的载荷为粘结点支承的载荷为 W a2s式中式中s为软材料的受压屈为软材料的受压屈服极限。假设粘结点沿球服极限。假设粘结点沿球面破坏，即迁移的磨屑为面破坏，即迁移的磨

39、屑为半球形。于是，当滑动位半球形。于是，当滑动位移为移为2a时的磨损体积为手时的磨损体积为手2a3/3。因此体积磨损度。因此体积磨损度可写为可写为sWaadsdV32323 整个接触面上，所有的接触结点滑动单位距离所磨损的体整个接触面上，所有的接触结点滑动单位距离所磨损的体积为积为V/s,考虑到并非所有的粘结点都形成半球形的磨屑，设考虑到并非所有的粘结点都形成半球形的磨屑，设ks为体积为体积dV的小块材料从接触点脱落下来而发生磨损的几率，的小块材料从接触点脱落下来而发生磨损的几率，且且ksc时，可以略去时，可以略去c值，则上式的计算结果与指数型值，则上式的计算结果与指数型准则的相近似。准则的相

40、近似。 综上所述，由于胶合现象的复杂性，目前各种计算准则都综上所述，由于胶合现象的复杂性，目前各种计算准则都有待于进一步完善，为此必须对胶合机理进行更深入的研究。有待于进一步完善，为此必须对胶合机理进行更深入的研究。sfUbt2 除润滑条件之外，影响粘着磨损的主要因素是载荷、表面除润滑条件之外，影响粘着磨损的主要因素是载荷、表面温度和材料性质。温度和材料性质。 研究了载荷对胶合磨损的影响，认为当表面研究了载荷对胶合磨损的影响，认为当表面压力达到一定的临界值，并经过一段时间后才会发生胶合。压力达到一定的临界值，并经过一段时间后才会发生胶合。观察各种材料的试件在四球机实验中磨痕直径的变化，也表观察

41、各种材料的试件在四球机实验中磨痕直径的变化，也表明当载荷达到一定值时，磨痕直径骤然增大，这个载荷称为明当载荷达到一定值时，磨痕直径骤然增大，这个载荷称为胶合载荷。实验还证明：如果将试件浸入油中加热，当载荷胶合载荷。实验还证明：如果将试件浸入油中加热，当载荷低于临界值使油温升高，并不能发生胶合这说明单靠表面低于临界值使油温升高，并不能发生胶合这说明单靠表面温度升高不会产生胶合。温度升高不会产生胶合。 然而，载荷引起表面弹塑性变形必然伴随高温的出现。然而，载荷引起表面弹塑性变形必然伴随高温的出现。而且根据实验发现各种材料的临界载荷值随滑动速度增加而且根据实验发现各种材料的临界载荷值随滑动速度增加而

42、降低。这说明温度对胶合的发生起着重要作用而降低。这说明温度对胶合的发生起着重要作用 摩擦过程中产生的热量使表面温度升高，在表面接触点附摩擦过程中产生的热量使表面温度升高，在表面接触点附近形成半球形的等温面，在表层内一定深度处各接触点的等近形成半球形的等温面，在表层内一定深度处各接触点的等温面将汇合成共同的等温面。最外层是变形区，产生热量，温面将汇合成共同的等温面。最外层是变形区，产生热量，因此表面温度最高，又因热传导作用造成变形区非常大的温因此表面温度最高，又因热传导作用造成变形区非常大的温度梯度。变形区以内为基体温度，变化平缓。度梯度。变形区以内为基体温度，变化平缓。 表面温度特性对于摩擦表

43、面的相互作用和破坏影响很大。表面温度特性对于摩擦表面的相互作用和破坏影响很大。表面温度可使润滑膜失效，而温度梯度引起材料性质和破坏表面温度可使润滑膜失效，而温度梯度引起材料性质和破坏形式沿深度方向变化。形式沿深度方向变化。 采用放射性同位素方法测量金属迁移量结果表明：当表采用放射性同位素方法测量金属迁移量结果表明：当表面温度达到临界值时，磨损量和摩擦系数都急剧增加。面温度达到临界值时，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 p和滑动速度和滑动速度v v，其，其中速度的影响更大，因此限制中速度的影响更大，因此限制pvpv值是减少粘着磨损和

44、防止值是减少粘着磨损和防止胶合发生的有效方法。胶合发生的有效方法。 脆性材料的抗粘着磨损的能力比塑性材料高。塑性材料脆性材料的抗粘着磨损的能力比塑性材料高。塑性材料形成的粘着结点的破坏以塑性流动为主，它发生在离表面一形成的粘着结点的破坏以塑性流动为主，它发生在离表面一定的深度处，磨屑较大，有时长达定的深度处，磨屑较大，有时长达3mm3mm，深达，深达0.2mm0.2mm而脆性而脆性材料粘结点的破坏主要是剥落，损伤深度较浅，同时磨屑容材料粘结点的破坏主要是剥落，损伤深度较浅，同时磨屑容易脱落，不堆积在表面上。根据强度理论：脆性材料的破坏易脱落，不堆积在表面上。根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力

45、引起，而塑性材料的破坏决定于剪切应力。而表面由正应力引起，而塑性材料的破坏决定于剪切应力。而表面接触中的最大正应力作用在表面，最大剪切应力却出现在离接触中的最大正应力作用在表面，最大剪切应力却出现在离表面一定深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。表面一定深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。 相同金属或者互溶性大的材料组成的摩擦副粘着效应较强，相同金属或者互溶性大的材料组成的摩擦副粘着效应较强，容易发生粘着磨损。异性金属或者互溶性小的材料组成的摩容易发生粘着磨损。异性金属或者互溶性小的材料组成的摩擦副抗粘着磨损的能力较高。擦副抗粘着磨损的能力较高。 金属和非金属材料组成的摩擦副的抗粘着磨损

46、能力高于异金属和非金属材料组成的摩擦副的抗粘着磨损能力高于异种金属组成的摩擦副从材料的组织结构而论，多晶材料比种金属组成的摩擦副从材料的组织结构而论，多晶材料比单晶材料抗粘着磨损能力高，多相金属比单相金属的抗粘着单晶材料抗粘着磨损能力高，多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力高。磨损能力高。 通过表面处理方法在金属表面上生成硫化物、磷化物或氯通过表面处理方法在金属表面上生成硫化物、磷化物或氯化物等的薄膜将减少粘着效应，同时表面膜也限制了破坏深化物等的薄膜将减少粘着效应，同时表面膜也限制了破坏深度，从而提高抗粘着磨损能力。度，从而提高抗粘着磨损能力。 此外，改善润滑条件，在润滑油或脂中加入油性和极压

47、添此外，改善润滑条件，在润滑油或脂中加入油性和极压添加剂；选用热传导性高的摩擦材料或加强冷却以降低表面温加剂；选用热传导性高的摩擦材料或加强冷却以降低表面温度；改善表面形貌以减小接触压力等都可以提高抗粘着磨损度；改善表面形貌以减小接触压力等都可以提高抗粘着磨损的能力。的能力。 在摩擦过程中，由于硬质颗粒或硬质凸出物使表面材料迁在摩擦过程中，由于硬质颗粒或硬质凸出物使表面材料迁移或脱落而造成的一种磨损。按这一定义，从磨损机制考虑，移或脱落而造成的一种磨损。按这一定义，从磨损机制考虑，磨粒磨损包括硬的粗糙表面上硬的微动体对相对较软的摩擦磨粒磨损包括硬的粗糙表面上硬的微动体对相对较软的摩擦配偶表曲的

48、划伤和材料的工作表面受硬质颗粒的压入和摩擦配偶表曲的划伤和材料的工作表面受硬质颗粒的压入和摩擦所造成的磨损。所造成的磨损。 而工业上所说的磨粒磨损主要指后面的这种情况。在矿而工业上所说的磨粒磨损主要指后面的这种情况。在矿山机械、工程机械、建筑机械、农业机械、冶金机械、运输山机械、工程机械、建筑机械、农业机械、冶金机械、运输机械和电力机械中的许多零部件，都直接与砂、石，煤或灰机械和电力机械中的许多零部件，都直接与砂、石，煤或灰这等摩擦，而发生不同形式的磨粒磨损。它的广泛存在使工这等摩擦，而发生不同形式的磨粒磨损。它的广泛存在使工业国家损失国民生产总值的业国家损失国民生产总值的1 14 4。在各类

49、磨损中，磨粒磨。在各类磨损中，磨粒磨损约占损约占5050。磨粒沿一个固体表面相对运动产磨粒沿一个固体表面相对运动产生的磨损称为二体磨粒磨损。当磨生的磨损称为二体磨粒磨损。当磨粒运动方向与固体表面接近平行时粒运动方向与固体表面接近平行时, ,磨粒与表面接触处的应力较低，因此固体表面产生擦伤或微磨粒与表面接触处的应力较低，因此固体表面产生擦伤或微小的犁沟痕迹。如果磨粒运动方向与固体表面接近垂直时，小的犁沟痕迹。如果磨粒运动方向与固体表面接近垂直时，常称为冲击磨损。此时磨粒与表面产生高应力碰撞，在表面常称为冲击磨损。此时磨粒与表面产生高应力碰撞，在表面上磨出较深的沟槽，并有大颗粒材料从表面脱落。在一

50、对摩上磨出较深的沟槽，并有大颗粒材料从表面脱落。在一对摩擦副中，硬表面的粗糙峰对软表面起着磨粒作用，这也是二擦副中，硬表面的粗糙峰对软表面起着磨粒作用，这也是二体磨损，它通常是低应力磨粒磨损。体磨损，它通常是低应力磨粒磨损。外界磨粒移动于两摩擦表面之间，称为三体磨粒磨损。通外界磨粒移动于两摩擦表面之间，称为三体磨粒磨损。通常三体磨损的磨粒与金属表面产生极高的接触应力，往往超常三体磨损的磨粒与金属表面产生极高的接触应力，往往超过磨粒的压溃强度。这种压应力使韧性金属的摩擦表面产生过磨粒的压溃强度。这种压应力使韧性金属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳；而脆性金属表面则发生脆裂或剥落。塑性变形或疲劳；而脆