1-材料磨损与耐磨材料2课件优秀PPT.ppt
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1、1第一篇第一篇 材料磨损基础材料磨损基础Chapter 1:材料的磨损材料的磨损Chapter 2:固体表面结构与接触特性固体表面结构与接触特性Chapter 3:材料的磨损机理材料的磨损机理2Chapter 1 材料的磨损材料的磨损1.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类1.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损1.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量 1.3.1 摩擦系统结构分析摩擦系统结构分析 1.3.2 磨损量磨损量31.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类磨损由摩擦引起、在日常生活和国民经济的各个领域中普遍存在。如冶金矿山、电力工业、机械工业、农业机械、国防工业以及航空、航
2、天等等,到处存在摩擦到处都有磨损。41.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类材料磨损材料磨损 是两个以上的物体摩擦表面在法向是两个以上的物体摩擦表面在法向力的作用下,相对运动及有关介质、温度环力的作用下,相对运动及有关介质、温度环境等的作用使其发生形态、尺寸、组织和性境等的作用使其发生形态、尺寸、组织和性能变更的过程。磨损是造成机械零件失效的能变更的过程。磨损是造成机械零件失效的主要缘由之一,对机械零件的寿命、牢靠性主要缘由之一,对机械零件的寿命、牢靠性有极大的影响。有极大的影响。磨损是摩擦的结果。磨损是摩擦的结果。51.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类对磨损的理解:1.从磨损的特
3、征与结果分析:任何一种磨损都发生在物体的工作表面上,不仅物体表面宏观发生变更,而且物体微观组织结构及其性能也会发生变更;同时会产生确定数量的磨损产物,造成材料损耗,能源奢侈,导致机械零件失效,甚至造成重大事故和经济损失。61.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类对磨损的理解:2.从物理与化学观点分析:磨损是发生在两物体相对运动的表面,而且是在很薄的一层工作表面上,磨损过程中一个重要特征是机械能转变为热能,加热与冷却都以特殊快的速度进行,物体表面具有相当大的活性和相当高的自由能,材料表面与亚表面的组织结构和性能与材料内部不同。71.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类对固体金属,当温度低
4、时,原子活动较弱。低温变形后,表面的原子不会有多大变更;而在高的温度下,表面原子活动实力增加,材料的结构可能会出现某种程度的重新调整与变更,结果使金属性质和能量发生变更。材料表面原子会与环境(介质)发生相互作用,产生物理吸附、化学吸附或化学反应,使材料表面可能产生加工硬化层或形成表面织构等,影响材料的磨损过程。整个磨损过程是一个动态过程。81.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类对磨损的理解:对磨损的理解:3.3.从原子与作用力分析:由于从原子与作用力分析:由于相互接触的两物体表面,其中一物体表面的相互接触的两物体表面,其中一物体表面的原子可能与另一物体表面的原子极靠近,甚原子可能与另一物
5、体表面的原子极靠近,甚至进入斥力场。在相对运动时,两表面分子至进入斥力场。在相对运动时,两表面分子就会产生能量损耗。在相对运动中有些原子就会产生能量损耗。在相对运动中有些原子将进入斥力场,而有另一些原子将离开斥力将进入斥力场,而有另一些原子将离开斥力场,其变更大小,确定于接触程度。场,其变更大小,确定于接触程度。91.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类当两物体充分接近时,原子将被排斥而其自然的趋向是回到它原来的位置。但原子可能被撞击出,并运动得足够远,以至进入相对表面上另一个原子场内,在那里得到新的平衡位置。即原子可以从一个物体表面上被对面的另一个物体表面俘获去。(汤姆林逊提出的磨损实质
6、)。101.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类磨损的定义:磨损的定义:(1)英国的机械工程师协会所下定义为:由英国的机械工程师协会所下定义为:由于机械作用而造成的物体表面材料的渐渐消于机械作用而造成的物体表面材料的渐渐消耗。(强调机械的作用)耗。(强调机械的作用)(2)前苏联的克拉盖尔斯基所下的定义为:前苏联的克拉盖尔斯基所下的定义为:由于摩擦结合力的反复扰动而造成的材料破由于摩擦结合力的反复扰动而造成的材料破坏。(强调乏累的作用)坏。(强调乏累的作用)111.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类 (3)美国材料试验学会(ASTM)标准关于磨损的定义:由于物体的表面与相接触的物质间的
7、相对运动造成物体表面的损伤,还常有材料的渐渐损失。(4)联邦德国标准对于磨损的定义:磨损是一个物体由于机械的缘由,即与另一个固体的、液体的或气体的配对件发生接触和相对运动,而造成的表面材料不断损失的过程。121.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类(5 5)OECD(OECD(欧洲经济合作和发展组织欧洲经济合作和发展组织)关于磨损关于磨损的定义:的定义:磨损是物体由于其表面相对运动,磨损是物体由于其表面相对运动,而承载表面上不断出现材料损失的过程。而承载表面上不断出现材料损失的过程。由此可见,材料磨损有三大要素:由此可见,材料磨损有三大要素:1.1.材料的表面特性材料的表面特性 2.2.与
8、另一物质(固体、液体及气体)的接与另一物质(固体、液体及气体)的接触特性,即接触方式、力的传递、表面变形等触特性,即接触方式、力的传递、表面变形等 3.3.相对运动相对运动131.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类磨损的分类14Chapter 1 材料的磨损材料的磨损1.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类1.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损1.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量 1.3.1 摩擦系统结构分析摩擦系统结构分析 1.3.2 磨损量磨损量151.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损摩擦与磨损是两个不同的概念,两者之间既摩擦与磨损是两个不同的概念,两者之间既有不行
9、分割的联系,又有本质区分。有摩有不行分割的联系,又有本质区分。有摩擦就有磨损没有摩擦就没有磨损。摩擦擦就有磨损没有摩擦就没有磨损。摩擦是能量的转换,磨损是材料的损耗。是能量的转换,磨损是材料的损耗。磨损是摩擦学探讨的摩擦、磨损与润滑三大磨损是摩擦学探讨的摩擦、磨损与润滑三大课题之一,三者之间摩擦是根源,磨损是课题之一,三者之间摩擦是根源,磨损是结果,润滑是削减磨损的有效手段。磨损结果,润滑是削减磨损的有效手段。磨损又是机械零件三种主要破坏形式之一,即又是机械零件三种主要破坏形式之一,即磨损、腐蚀和断裂。磨损、腐蚀和断裂。161.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损 目前为止对磨损的探讨,主要是
10、对运动物体表面润滑介质和环境的探讨,对磨损过程物理机制、磨损动力学、磨粒的形成等探讨较少。对大多数不同性质的材料,在空气中的摩擦系数相差大约不超过20倍,例如聚四氟乙烯的摩擦系数为0.05,干净的金属为1。但磨损率差别很大,例如,聚乙烯对钢的磨损率与钢对钢磨损率之比相差105倍。171.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损表1.1-1列出一些材料的摩擦系数和磨损系数 的试验数据。181.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损通常软固体比硬固体简洁磨损,而且磨损随着载荷和滑动距离的增加而增加。但是,也有例外,如聚乙烯比钢软,磨损反而小。磨损影响因素很多且特殊困难,其中环境因素有温度、湿度及四周介质
11、;润滑条件,工作条件像载荷、速度及运动方式;材料的成分、组织结构及工作表面的物理化学性质等诸多因素。哪一个因素有变更都会引起磨损量的变更,同时也有可能引起磨损机理发生变更。191.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损Rabin Owicg等人对某些纯金属进行多次试验,发觉摩擦系数与金属的晶体结构有关:体心立方和面心结构金属的摩擦系数大于密排六方金属。同时提出“金属共容性”的概念。所谓共容性,可用固体溶解度大小来说明;共容性大的金属摩擦副摩擦系数大。无润滑的金属摩擦副,摩擦系数一般在0.41.5范围内变更,金属与磨料接触组成的摩擦副,摩擦系数一般在0.5左右。大多数金属材料在空气中的摩擦系数值高
12、于0.3,在真空中更高。201.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损从表1.1-2可看出,摩擦系数和磨损率之间没有关系,摩擦系数在很小范围内变更,而磨损则相差几个数量级,这说明不能用摩擦系数大小去推断磨损的大小。211.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损 对金属材料,凡在铁中溶解度微小的金属或与铁组成金属间化合物的材料,因生成脆弱的共价键,有良好的抗擦伤性。而能在铁中溶解并能与铁形成原子键的金属材料则易焊合,有较差的耐擦伤性,因此选摩擦副不应选相同(类型)材料。221.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损 晶粒大小,再结晶温度、硬度、形变率等都影响材料的摩擦与磨损。摩擦由于材料变形,要消耗能
13、量,sah等人认为,这部分消耗的能量所占比例较大。磨损形成磨屑还要附加断裂功,与变形消耗能量相比,断裂消耗能量较小。23Chapter 1 材料的磨损材料的磨损1.1 材料磨损实质及分类材料磨损实质及分类1.2 材料的摩擦与磨损材料的摩擦与磨损1.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量 1.3.1 摩擦系统结构分析摩擦系统结构分析 1.3.2 磨损量磨损量241.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量磨损并不像金属等材料那样,拉、压强度是磨损并不像金属等材料那样,拉、压强度是材料的一种基本不变的性质。磨损应被认为材料的一种基本不变的性质。磨损应被认为是一种系统工程,它的磨损量取决于全部参是
14、一种系统工程,它的磨损量取决于全部参与磨损的构件和物料在各种负荷下相互作用与磨损的构件和物料在各种负荷下相互作用的结果。在任何一个摩擦系统中,摩擦与磨的结果。在任何一个摩擦系统中,摩擦与磨损都是同时发生的,摩擦主要涉及到材料接损都是同时发生的,摩擦主要涉及到材料接触表面变形,而磨损还涉及到材料断裂和材触表面变形,而磨损还涉及到材料断裂和材料的迁移。料的迁移。251.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量接受系统分析来描述磨损过程和对有关接受系统分析来描述磨损过程和对有关影响因素进行分析时,先把机器或设备影响因素进行分析时,先把机器或设备中所要探讨的构件与其他构件分隔开。中所要探讨的构件与其他
15、构件分隔开。将磨损结构及其他参与磨损的物件用一将磨损结构及其他参与磨损的物件用一个所谓系统或结构的个所谓系统或结构的“网络网络”围起来,围起来,如下图所示。如下图所示。261.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量271.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量 1.3.1 摩擦系统结构分析摩擦系统结构分析(1)基本元素基本元素A 摩擦系统中基本元素是在相对摩擦系统中基本元素是在相对运动中相互作用的一对摩擦表面,运动中相互作用的一对摩擦表面,即运动件即运动件l、固定件、固定件2以及二者之间以及二者之间的润滑剂的润滑剂3和四周环境和四周环境4,此为系统,此为系统的基本组成的基本组成。281.3
16、 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量(2)(2)元素的性质元素的性质P P 各元素与摩擦有关的性质 列入下表:291.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量(3)(3)元素的相互关系元素的相互关系 R R 摩擦系统中主要元素之间的相摩擦系统中主要元素之间的相互关系互关系,见表见表 1.1-4 1.1-4301.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量311.3 材料磨损与磨损参量材料磨损与磨损参量1.3.2 磨损量磨损量由磨损引起的材料损失量,称为磨损量。磨损量是表示物体磨损前后材料损失的量,即磨损时材料损失程度的物理量。材料磨损量的量度包括:线磨损量线磨损量、体体积磨损量积磨损量、质量磨
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