6-材料磨损与耐磨材料(第3章磨粒磨损课件)4.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 3:材料的磨损机理材料的磨损机理3.1 粘着磨损粘着磨损3.2 磨粒磨损磨粒磨损3.3 腐蚀磨损腐蚀磨损3.4 疲劳磨损疲劳磨损3.5 冲蚀磨损冲蚀磨损3.6 微动磨损微动磨损33.2 磨粒磨损磨粒磨损3.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素43
2、.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念 磨粒磨损磨粒磨损是硬是硬的磨的磨(颗颗)粒或硬的凸出物粒或硬的凸出物在与摩在与摩擦表面相互接触运动过程中,使表面材料发生损耗擦表面相互接触运动过程中,使表面材料发生损耗的一种现象或过程。的一种现象或过程。硬颗粒或凸出物一般为:非金属材料,如石英砂、矿硬颗粒或凸出物一般为:非金属材料,如石英砂、矿石等,也可能是金属,如落入齿轮间的金属屑等。石等,也可能是金属,如落入齿轮间的金属屑等。磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的,经常磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的,经常是多种磨损机制综合作用的结果,而且随着磨损条件是多种磨损机制综合作用的结果,而且随着
3、磨损条件的变化,可能从一种机制转化为另一种机制。的变化,可能从一种机制转化为另一种机制。磨粒磨损磨粒磨损Abrasion(Abrasive Wear)的的2个层次:个层次:l粗糙表面上的硬微凸体对相对较软的摩擦配副表粗糙表面上的硬微凸体对相对较软的摩擦配副表面的划伤;面的划伤;l材料的工作表面随硬质颗粒的压入和摩擦所造成材料的工作表面随硬质颗粒的压入和摩擦所造成的磨损。的磨损。673.2 磨粒磨损磨粒磨损3.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素83.2
4、.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类 磨粒磨损是一种常见的磨损形式,也是最重要的磨损磨粒磨损是一种常见的磨损形式,也是最重要的磨损类型。类型。(1)一般将磨粒磨损分为)一般将磨粒磨损分为三大类三大类:u第一、低应力擦伤式磨粒磨损第一、低应力擦伤式磨粒磨损,如图,如图1.3-20。9 低应力磨粒磨损低应力磨粒磨损磨粒与材料表面间的作用力小于磨粒本身压溃强度时的力。磨粒与材料表面间的作用力小于磨粒本身压溃强度时的力。磨损结果是在材料表面只发生微小的划痕(擦伤),既不使磨粒破磨损结果是在材料表面只发生微小的划痕(擦伤),既不使磨粒破碎又能使材料不断流失的磨损方式,碎又能使材料不断流失的磨损方式,宏观可
5、见磨损表面比较光亮宏观可见磨损表面比较光亮,高倍观察可见微细的磨沟或微坑一类磨损。典型零件如农机具的磨高倍观察可见微细的磨沟或微坑一类磨损。典型零件如农机具的磨损、运输过程的溜槽、漏斗、料车等。损、运输过程的溜槽、漏斗、料车等。103.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类第二,高应力磨粒磨损也称碎式磨粒磨损第二,高应力磨粒磨损也称碎式磨粒磨损,如下图所示。,如下图所示。当磨粒与材料之间接触当磨粒与材料之间接触压应力大于磨粒的压溃强度压应力大于磨粒的压溃强度时,韧性材料产生塑性变形时,韧性材料产生塑性变形或疲劳,脆性材料则发生碎或疲劳,脆性材料则发生碎裂或剥落。裂或剥落。磨损的磨粒在压碎前,磨损
6、的磨粒在压碎前,几乎没有滚动和切削,对被几乎没有滚动和切削,对被磨表面的主要作用由接触处磨表面的主要作用由接触处集中集中压应力压应力造成。造成。11 对塑性材料,就像打硬度一样,磨粒使材料表面对塑性材料,就像打硬度一样,磨粒使材料表面发生塑性变形,许许多多发生塑性变形,许许多多“压头压头”对材料表面作用,对材料表面作用,使之发生不定向流动,最后由疲劳而破坏。对于脆硬使之发生不定向流动,最后由疲劳而破坏。对于脆硬材料,几乎不发生塑性流动,磨损主要是脆性破裂的材料,几乎不发生塑性流动,磨损主要是脆性破裂的结果。典型零件是结果。典型零件是滚式破碎机中的辊轮滚式破碎机中的辊轮等(见右图)。等(见右图)
7、。123.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类u第三,凿削式磨粒磨损,第三,凿削式磨粒磨损,如图所示。如图所示。凿削式磨损的产凿削式磨损的产生主要由于磨粒中的磨粒包含大块磨粒而且具有尖生主要由于磨粒中的磨粒包含大块磨粒而且具有尖锐棱角,对材料表面进行锐棱角,对材料表面进行高应力高应力和伴随冲击作用和伴随冲击作用,使,使材料表面撕裂出很大的颗粒或碎块,被磨材料表面形材料表面撕裂出很大的颗粒或碎块,被磨材料表面形成较深的犁沟或深坑,经常在运输或破碎大块磨粒时成较深的犁沟或深坑,经常在运输或破碎大块磨粒时发生。发生。13请根据宏观图片辨别磨粒磨损的种类,并说明理由:请根据宏观图片辨别磨粒磨损的种类,
8、并说明理由:123456143.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类(2)根据)根据使用条件使用条件,还有如下分类:,还有如下分类:冲击磨粒磨损冲击磨粒磨损:磨粒(通常是块状)垂直或以一定:磨粒(通常是块状)垂直或以一定的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损相似,但局部的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损相似,但局部应力要高得多。应力要高得多。冲蚀磨粒磨损冲蚀磨粒磨损:材料同含有固体颗粒的液体作相对运:材料同含有固体颗粒的液体作相对运动,在表面造成的损耗。动,在表面造成的损耗。气蚀气蚀-冲蚀磨粒磨损冲蚀磨粒磨损:固体同液体作相对运动,在气:固体同液体作相对运动,在气泡破裂区产生高压或高温而引
9、起的磨损,并伴有泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损,并伴有流体与磨流体与磨粒的冲蚀作用粒的冲蚀作用。腐蚀磨粒磨损腐蚀磨粒磨损:同环境条件发生化学或电化学反应,:同环境条件发生化学或电化学反应,而磨损是材料损失的主要原因。而磨损是材料损失的主要原因。15请根据宏观图片,结合工况,辨别磨粒磨损的种类,并说明理由:请根据宏观图片,结合工况,辨别磨粒磨损的种类,并说明理由:叶轮叶轮密封环密封环163.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类(3)根据接触条件根据接触条件两体磨粒磨损:颗粒直接作用于材料表面两体磨粒磨损:颗粒直接作用于材料表面三体磨粒磨损:颗粒处于两个被磨材料表面间。三体磨粒磨损:颗粒处于两
10、个被磨材料表面间。173.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类(5)根据相对硬度)根据相对硬度 软磨粒磨粒磨损:软磨粒磨粒磨损:HHmm/H/Ha a0.80.8 硬磨粒磨粒磨损:硬磨粒磨粒磨损:HHmm/H/Ha a0.8 0.8 a:磨粒:磨粒 m:材料材料(6)根据表面损伤形貌)根据表面损伤形貌 擦伤型磨粒磨损擦伤型磨粒磨损 刮伤型磨粒磨损刮伤型磨粒磨损 研磨型磨粒磨损研磨型磨粒磨损 凿削型磨粒磨损凿削型磨粒磨损 犁皱型磨粒磨损犁皱型磨粒磨损 微观裂纹型磨粒磨损微观裂纹型磨粒磨损(7)根据磨损机理)根据磨损机理 塑性变形磨粒磨损塑性变形磨粒磨损 断裂磨粒磨损断裂磨粒磨损183.2 磨粒磨
11、损磨粒磨损3.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素193.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理(1)磨粒磨损的简化模型:)磨粒磨损的简化模型:Rabinowicz(拉宾诺维奇)在(拉宾诺维奇)在1966年提出磨粒磨损简年提出磨粒磨损简化模型,如下图所示。并导出定量计算公式:化模型,如下图所示。并导出定量计算公式:模型计算的模型计算的3个假设:个假设:l材料不发生塑性变形材料不发生塑性变形(刚体)(刚体)l硬质磨粒简化为硬质磨粒简化为圆锥
12、体圆锥体l磨损过程为磨损过程为简单滑动简单滑动V:磨损体积:磨损体积r:磨粒圆锥磨粒圆锥 体半径体半径x:磨粒压入:磨粒压入 材料内深度材料内深度l(L):滑动距离:滑动距离203.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理因为磨粒压入金属材料内的深度,取决于压力的大小和因为磨粒压入金属材料内的深度,取决于压力的大小和材料硬度的比值,所以材料硬度的比值,所以 磨粒圆锥体夹角磨粒圆锥体夹角 P法向载荷;法向载荷;H金属材料的硬度;金属材料的硬度;设屈服极限与硬度相等,则设屈服极限与硬度相等,则213.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理令223.2.3 磨粒磨损基本模型
13、与原理磨粒磨损基本模型与原理lRabinowicz(拉宾诺维奇)(拉宾诺维奇)模型模型物理意义物理意义:在一在一定磨粒条件下,单位距离内磨损体积与施加载荷成定磨粒条件下,单位距离内磨损体积与施加载荷成正比,而与材料的硬度成反比。它与阿查德方程相正比,而与材料的硬度成反比。它与阿查德方程相似即磨损量与载荷和滑动距离成正比,而与被磨似即磨损量与载荷和滑动距离成正比,而与被磨材料的硬度成反比。材料的硬度成反比。l局限性:局限性:则:则:23p不是单个、而是多个磨粒共同作用不是单个、而是多个磨粒共同作用p材料发生塑性变形材料发生塑性变形p磨损过程中常常会伴随有冲击的作用。磨损过程中常常会伴随有冲击的作
14、用。p磨损环境的影响(温度、湿度、腐蚀介质等)磨损环境的影响(温度、湿度、腐蚀介质等)局限性:(实际情况是:)局限性:(实际情况是:)磨粒磨损磨粒磨损是硬是硬的磨的磨(颗颗)粒或硬的凸出物粒或硬的凸出物在与摩在与摩擦表面相互接触运动过程中,使表面材料发擦表面相互接触运动过程中,使表面材料发生损耗的一种现象或过程生损耗的一种现象或过程。(2)磨粒磨损的机理:)磨粒磨损的机理:磨粒磨损机理是指零件表面材料和磨粒发生摩擦磨粒磨损机理是指零件表面材料和磨粒发生摩擦接触后,材料是如何磨损的,即材料的磨屑是如何从接触后,材料是如何磨损的,即材料的磨屑是如何从表面脱落下来的。迄今为止未完全清楚,存在一些争表
15、面脱落下来的。迄今为止未完全清楚,存在一些争论。论。243.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理253.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理第一,微观切削磨损机理第一,微观切削磨损机理 磨粒在材料表面的作用力分为磨粒在材料表面的作用力分为法向力法向力和和切向力切向力两两个分力。个分力。法向力使磨粒压入表面;切向力使磨粒向前推进,法向力使磨粒压入表面;切向力使磨粒向前推进,当磨粒形状与运动方向适当时,磨粒如同刀具一样,当磨粒形状与运动方向适当时,磨粒如同刀具一样,在表面进行切削形成切屑。但这种切削的宽度和深度在表面进行切削形成切屑。但这种切削的宽度和深度都很小,因
16、此切屑也很小,称为微观切削。都很小,因此切屑也很小,称为微观切削。263.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理l 在显微镜下观察,这些微观切屑仍具有机床上切屑的在显微镜下观察,这些微观切屑仍具有机床上切屑的特点,即一面较光滑,另一面则有滑动的台阶,有些特点,即一面较光滑,另一面则有滑动的台阶,有些还发生卷曲现象。还发生卷曲现象。微观切削微观切削27l 微观切削磨损是常见的一种磨损,特别是在固定磨微观切削磨损是常见的一种磨损,特别是在固定磨粒磨损和凿削式磨损中,它是材料表面磨损的主要粒磨损和凿削式磨损中,它是材料表面磨损的主要机理。机理。是否经常发生呢?是否经常发生呢?29l在某
17、些条件下,切削磨损占整个磨损的比例很大,但通常磨粒和表面接触时发生切削磨损的概率不大。l其原因是:磨粒形状较圆钝;在犁沟过程中磨粒的棱角不是棱边对着运动方向;磨粒和被磨材料表面之间的夹角(迎角)太小;表面材料塑性很高。303.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理l在这些情况下在这些情况下,磨粒在表面滑过后,往往只能犁出一条磨粒在表面滑过后,往往只能犁出一条沟来,而把材料推向两边和前面,不能切出切屑,特沟来,而把材料推向两边和前面,不能切出切屑,特别是松散的磨粒,大致有别是松散的磨粒,大致有90磨粒发生滚动接触,只磨粒发生滚动接触,只能压出印痕而形成犁沟的概率只有能压出印痕而形成
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