1、第3章 表面摩擦、磨损与润滑1第1页，共55页。主主 要要 内内 容容l 概 述l 摩 擦l 磨 损l 润 滑2第2页，共55页。概述概述 摩擦学摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。p 摩擦摩擦 两个接触的物体在相互运动过程中，表面之间所产生的阻碍运动的效应；p 磨损磨损 由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；p 润滑润滑 减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学。3第3页，共55页。世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约有1/31/2消耗于消耗于摩擦。摩擦。机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过
2、限度而报废和更换的。减少摩擦节省能源；减少磨损降低设备维修次数和费用，节省制造零件及其所需材料的费用。4第4页，共55页。3.1 摩擦l摩擦的定义 摩擦不仅会使材料磨耗，而且还会发热，摩擦不仅会使材料磨耗，而且还会发热，导致接触表面导致接触表面瞬时温度升高，降低工件的机械效率，加重材料磨耗瞬时温度升高，降低工件的机械效率，加重材料磨耗，故生产，故生产中总是力图减少摩擦，降低摩擦系数。只有某些情况才需增中总是力图减少摩擦，降低摩擦系数。只有某些情况才需增大摩擦力，如车辆制动器、摩擦离合器等。大摩擦力，如车辆制动器、摩擦离合器等。摩擦摩擦-两个接触的物体在相互运动过程中，表面之间所产生的阻碍运动的
3、效应。5第5页，共55页。摩擦的大小大小一般用摩擦系数来表示，其值等于摩擦力F（切向力）与法向力N（载荷）的比值，即=F/N 摩擦力摩擦力-两个相互接触物体在外力作用下发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面间产生切向的运动阻力，这一阻力称为摩擦力。有动静区分，有动静区分，静静动动。6第6页，共55页。l摩擦的分类摩擦的分类 按摩擦副的按摩擦副的运动状态运动状态分类分类静摩擦静摩擦动摩擦动摩擦-仅有相对运动仅有相对运动趋势趋势时的摩擦时的摩擦-在相对运动在相对运动进行中进行中的摩擦的摩擦7第7页，共55页。按摩擦副的按摩擦副的运动形式运动形式分类分类滑动摩擦滑动摩擦滚动摩擦滚动摩擦物体表面
4、间的运动形式是相对物体表面间的运动形式是相对滑动滑动物体表面间的运动形式是相对物体表面间的运动形式是相对滚动滚动8第8页，共55页。按发生部位分类按发生部位分类内摩擦内摩擦外摩擦外摩擦在物质的在物质的内部内部发生的阻碍分子之间相对运动发生的阻碍分子之间相对运动的现象的现象在相对运动的物体在相对运动的物体表面间表面间发生的相互阻碍发生的相互阻碍作用现象。作用现象。9第9页，共55页。按摩擦副按摩擦副表面的润滑表面的润滑状况分类状况分类纯净摩擦纯净摩擦摩擦表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩擦摩擦表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩擦干摩擦干摩擦（无润滑摩擦）（无润滑摩擦）在大气条件下，摩擦表面之
5、间名义上没有润在大气条件下，摩擦表面之间名义上没有润滑剂存在时的摩擦滑剂存在时的摩擦边界润滑摩擦边界润滑摩擦摩擦表面间有一层极薄的润滑膜存在的摩擦摩擦表面间有一层极薄的润滑膜存在的摩擦流体润滑摩擦流体润滑摩擦相对运动的两物体表面完全被流体隔开时的摩擦相对运动的两物体表面完全被流体隔开时的摩擦固体润滑摩擦固体润滑摩擦相对运动的两物体表面间有固体润滑存在时的摩擦相对运动的两物体表面间有固体润滑存在时的摩擦混合摩擦混合摩擦介于上述各摩擦之间，即接触表面间同时出现干摩擦、介于上述各摩擦之间，即接触表面间同时出现干摩擦、边界摩擦、流体润滑摩擦和固体润滑摩擦的一种混合摩擦状态。边界摩擦、流体润滑摩擦和固体
6、润滑摩擦的一种混合摩擦状态。生产实际中最常见的一种摩擦状态。生产实际中最常见的一种摩擦状态。10第10页，共55页。按摩擦副按摩擦副所处的工况条件所处的工况条件分类分类正常摩擦正常摩擦机械设备的摩擦副在正常温度、压力、速机械设备的摩擦副在正常温度、压力、速度等工况条件下的摩擦度等工况条件下的摩擦特殊工况条件下的摩擦特殊工况条件下的摩擦摩擦副处于高速、高温、低温等特摩擦副处于高速、高温、低温等特殊环境条件下工作时产生的摩擦殊环境条件下工作时产生的摩擦11第11页，共55页。l摩擦的机理摩擦的机理“机械说机械说”摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用；摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用；“分子说分子说
7、”摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用；摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用；“机械机械-分子说分子说”两种作用均有两种作用均有12第12页，共55页。l摩擦理论（自学）摩擦理论（自学）图 粘着理论示意图 粘着理论13第13页，共55页。大量的试验表明，工程表面的实际接触面积约为名义接触面积的10-210-3，这样接触区压力很高，使材料发生塑性变形，表面污染膜遭到破坏，从而使基体金属发生粘着现象，形成冷焊结点（如图a 所示）。当发生滑动时，必须先将结点剪断（如图b 所示），同时，当较硬的凸峰在较软的材料上滑过时，将切出沟纹（即犁刨作用），从而相对滑动时的摩擦力为上述两种因素所形成的阻力之和。由于后
8、者相对来说较小，故可忽略。HHAAFFadh/14第14页，共55页。l影响摩擦的因素影响摩擦的因素1.材料性能材料性能-当摩擦副是同一种金属或是非常类似的金属，当摩擦副是同一种金属或是非常类似的金属，或这两种金属有可能形成固溶合金时，则摩擦较严重。或这两种金属有可能形成固溶合金时，则摩擦较严重。2.接点长大接点长大15第15页，共55页。3.摩擦环境摩擦环境摩擦状况摩擦系数干摩擦相同金属：黄铜-黄铜；青铜-青铜异种金属：铜铅合金-钢巴氏合金-钢非金属：橡胶-其他材料 聚四氟乙烯-其他材料0.81.5 0.150.3 0.150.3 0.61.9 0.040.12固体润滑石墨-二硫化钼润滑铅膜
9、润滑0.060.20 0.080.20边界润滑矿物油湿润表面加油性添加剂的油润滑：钢-钢；尼龙-钢 尼龙-尼龙0.150.300.050.10 0.100.20流体润滑液体动力润滑液体静力润滑0.080.20 0.001(与设计参数有关)滚动摩擦滚动摩擦系数与接触面材料的硬度、粗糙度、湿度等有关。球和圆柱滚子轴承的摩擦大体与液体动力润滑相近，其它滚子轴承则稍大表 不同摩擦状态下的摩擦系数（大致值）16第16页，共55页。3.2 磨损l磨损的定义磨损的定义 磨损（磨损（WearWear）-由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移的现象称为磨损。磨屑的形成是材料发生变形和断裂的结果。磨损是发生在磨
10、屑的形成是材料发生变形和断裂的结果。磨损是发生在材料表面的局部变形与断裂，这种变形与断裂是反复进行的，材料表面的局部变形与断裂，这种变形与断裂是反复进行的，具有具有动态特征动态特征。这种动态特征的另一标志是。这种动态特征的另一标志是材料表层组织经材料表层组织经过每次循环后总要变到新的状态过每次循环后总要变到新的状态。所以由。所以由常规试验得到材料常规试验得到材料力学性能不一定能如实反映出材料耐磨性的优劣力学性能不一定能如实反映出材料耐磨性的优劣。17第17页，共55页。材料的磨损除主要由力学因素引起外，在整个过程中材料还将发材料的磨损除主要由力学因素引起外，在整个过程中材料还将发生一系列物理、
11、化学状态的变化。生一系列物理、化学状态的变化。如因表面材料的塑性变形引起的如因表面材料的塑性变形引起的形变硬化及应力分布的改形变硬化及应力分布的改变变，因摩擦热引起的二次相变，因摩擦热引起的二次相变淬火、回火及回复再结晶淬火、回火及回复再结晶，因外，因外部介质产生的吸附和腐蚀作用等都将影响材料的耐磨性能。部介质产生的吸附和腐蚀作用等都将影响材料的耐磨性能。18第18页，共55页。机件正常运行的磨损过程如图所示，一般分为机件正常运行的磨损过程如图所示，一般分为3 3个阶段，个阶段，曲线上各点斜率即为曲线上各点斜率即为磨损速率磨损速率。图图 磨损量与时间的关系示意图（磨损曲线）磨损量与时间的关系示
12、意图（磨损曲线）19第19页，共55页。(1)(1)跑合跑合(磨合磨合)阶段阶段。该阶段随着表面被磨平，实际接触面积。该阶段随着表面被磨平，实际接触面积不断增大，表层应变硬化，磨损速率不断减小。表面形成牢固不断增大，表层应变硬化，磨损速率不断减小。表面形成牢固的氧化膜，也降低了该段的磨损速率。的氧化膜，也降低了该段的磨损速率。(3)(3)剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段。随磨损过程的增长，磨耗增加，摩擦副。随磨损过程的增长，磨耗增加，摩擦副接触表面间隙增大，机件表面质量恶化，润滑膜被破坏，引起接触表面间隙增大，机件表面质量恶化，润滑膜被破坏，引起剧烈振动，磨损重新加剧，机件快速失效。剧烈振动，磨损重新
13、加剧，机件快速失效。(2)(2)稳定磨损阶段稳定磨损阶段。该段的斜率就是磨损速率，为一稳定值。实。该段的斜率就是磨损速率，为一稳定值。实验室的磨损试验就是根据该段经历的时间、磨损速率或磨损量来评验室的磨损试验就是根据该段经历的时间、磨损速率或磨损量来评定材料耐磨性能的。大多数工件均在此阶段服役，磨合得越好，该定材料耐磨性能的。大多数工件均在此阶段服役，磨合得越好，该段磨损速率就越低。段磨损速率就越低。20第20页，共55页。l磨损的分类磨损的分类粘着磨损（粘着磨损（Adhesive Wear）磨料磨损（磨料磨损（Abrasivee Wear）表面疲劳磨损（表面疲劳磨损（Surface Fati
14、gue Wear）腐蚀磨损（腐蚀磨损（Corrosive Wear）磨损是多种因素相互影响的复杂过程。根据不同磨损机理，分为四个主要类别：21第21页，共55页。粘着磨损（粘着磨损（Adhesive Wear）(又称咬合磨损又称咬合磨损)定义-是指两个相对运动的表面发生相互焊合，在相互运动过程中焊合表面产生撕裂而发生的磨损。粘着磨损粘着磨损是因是因两种材料表面某些接触点局部压应力两种材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种表超过该处材料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种表面损伤磨损，多发生在摩擦副相对滑动速度小，接触面面损伤磨损，多发生在摩擦副相对滑动速度小，
15、接触面氧化膜脆弱，润滑条件差，以及接触应力大的滑动摩擦氧化膜脆弱，润滑条件差，以及接触应力大的滑动摩擦条件下条件下。其磨损表面特征是其磨损表面特征是机件表面有大小不等的结疤机件表面有大小不等的结疤。22第22页，共55页。粘着磨损的过程就是粘着点不断形成又不粘着磨损的过程就是粘着点不断形成又不断被损坏并脱落的过程。断被损坏并脱落的过程。图图 Al-SnAl-Sn合金轴瓦的粘着磨损合金轴瓦的粘着磨损23第23页，共55页。根据摩擦表面的破坏程度，常把粘着磨损分为：根据摩擦表面的破坏程度，常把粘着磨损分为：1）轻微磨损2）涂抹3）擦伤（胶合或咬合）4）撕脱（或咬焊）5）咬死24第24页，共55页。
16、1）轻微磨损：）轻微磨损：往往出现在摩擦初期的比较洁净的金属表面上，这种磨损是正常的，利用这种磨损使机器达到正常跑合的目的。轻微磨损的程度决定于载荷和速度。因此在跑合阶段要特别注意选择适当的跑合规范，也就是选择适当的载荷、速度、跑合时间等参数，使跑合时间尽可能地缩短而又不会在表面上产生擦伤现象。25第25页，共55页。2）涂抹：）涂抹：金属从一个表面离开，并以很薄的一层堆积在另一个表面上的现象，称为涂抹。一般是较软的金属涂抹在较硬的金属表面上。增加滑动面的油膜厚度、减小表面粗糙度的幅值和斜率，都可以减轻涂抹的产生。26第26页，共55页。3）擦伤：）擦伤：沿滑动方向产生细小抓痕的现象，称为擦伤
17、。擦伤产生的条件：有较硬的凸峰（或较硬的颗粒），且在表面之间有相对滑动。4）划伤：）划伤：在滑动表面之间，局部产生固相焊合时，沿滑动方向形成较严重的抓痕的现象。27第27页，共55页。5）胶合：）胶合：在滑动表面之间，由于固相焊合产生局部破坏，但尚未出现局部焊熔的现象。焊合-指固体表面直接接触时的粘着，在任何温度下都可能产生。包括：冷焊和熔焊。胶合产生原因：流体动压润滑油膜的破裂；边界润滑油膜的破裂；表面局部瞬时闪发温度升高。6）咬死）咬死是胶合最严重的表现形式是胶合最严重的表现形式 由于界面的摩擦使相对运动停止的现象。28第28页，共55页。磨料磨损（磨料磨损（Abrasivee Wear）
18、(又称磨粒磨损或研磨磨损又称磨粒磨损或研磨磨损)磨料磨损磨料磨损是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子触面间存在硬质粒子(从外界进入或从表面剥落从外界进入或从表面剥落)时产生的磨损时产生的磨损。依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为凿削式、高应凿削式、高应力碾碎式、低应力擦伤式力碾碎式、低应力擦伤式3 3类。类。29第29页，共55页。磨粒磨损的主要特征是摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的磨粒磨损的主要特征是摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽，如图所示。沟槽可能是因磨粒对摩擦表面产生的沟槽，如图所
19、示。沟槽可能是因磨粒对摩擦表面产生的微切削作微切削作用、塑性变形、疲劳破坏或脆性断裂用、塑性变形、疲劳破坏或脆性断裂产生的，或是它们综合作用产生的，或是它们综合作用的结果。的结果。图图 磨粒磨损表面形貌磨粒磨损表面形貌30第30页，共55页。表面疲劳磨损（表面疲劳磨损（Surface Fatigue Wear）（又称为接触疲劳磨损）（又称为接触疲劳磨损）表面疲劳磨损表面疲劳磨损是是两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局局部区域出现小片或小块状材料剥落部区域出现小片或小块状材料剥
20、落，而使材料磨损的现象，而使材料磨损的现象，故又称故又称表面疲劳磨损或麻点磨损表面疲劳磨损或麻点磨损，是齿轮、滚动轴承等工，是齿轮、滚动轴承等工件常见的磨损失效形式。件常见的磨损失效形式。31第31页，共55页。表面疲劳磨损的表面疲劳磨损的宏观形态特征宏观形态特征是：接触表面出现许是：接触表面出现许多多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑(麻坑麻坑)，有的凹坑，有的凹坑较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹，如图所示。较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹，如图所示。图图 表面疲劳磨损的表面形貌表面疲劳磨损的表面形貌32第32页，共55页。腐蚀磨损（腐蚀磨损（Corrosive W
21、ear）-在摩擦过程中，摩擦表面与周围介质发生化学反应在摩擦过程中，摩擦表面与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损称为或电化学反应的磨损称为腐蚀磨损腐蚀磨损，腐蚀可在没有摩擦的条件下，腐蚀可在没有摩擦的条件下形成，而相对运动消除了化学反应的生成物，接着表面又受到腐蚀，形成，而相对运动消除了化学反应的生成物，接着表面又受到腐蚀，如此不断反复。如此不断反复。33第33页，共55页。氧化磨损氧化磨损特殊介质腐特殊介质腐蚀磨损蚀磨损气蚀浸蚀磨损气蚀浸蚀磨损微动磨损微动磨损腐蚀磨损有以下几种类型：腐蚀磨损有以下几种类型：在摩擦过程中，金属的摩擦表面受空气或润滑剂中的氧：在摩擦过程中，金属的摩擦表面受空
22、气或润滑剂中的氧作用形成氧化膜而发生磨损。作用形成氧化膜而发生磨损。：在摩擦过程中，摩擦副表面与各种液体介质（酸、：在摩擦过程中，摩擦副表面与各种液体介质（酸、碱、盐等）发生作用，生成各种化学产物，并在碱、盐等）发生作用，生成各种化学产物，并在摩擦过程中不断去除，这种磨损称为特殊介质腐摩擦过程中不断去除，这种磨损称为特殊介质腐蚀磨损。蚀磨损。：在液体中的气蚀现象而产生的一种磨损。：在液体中的气蚀现象而产生的一种磨损。：两个表面由于振幅很小的相对运动而产生的磨损现象。：两个表面由于振幅很小的相对运动而产生的磨损现象。34第34页，共55页。l磨损过程中摩擦表面的变化磨损过程中摩擦表面的变化表面微
23、裂纹的生成及其破坏作用表面微裂纹的生成及其破坏作用化学反应过程化学反应过程-在磨损过程中，磨损过的新鲜材料表面会与空气和周围在磨损过程中，磨损过的新鲜材料表面会与空气和周围介质形成化合物薄膜。介质形成化合物薄膜。润滑剂的作用润滑剂的作用-润滑剂对摩擦与磨损有很大影响，很多情况下，润滑剂决定润滑剂对摩擦与磨损有很大影响，很多情况下，润滑剂决定着磨损的程度。着磨损的程度。摩擦表面间材料的转移摩擦表面间材料的转移-摩擦过程中，材料会从一个材料表面转移到另一摩擦过程中，材料会从一个材料表面转移到另一个材料表面，通常是塑性大的材料由于粘着作用而转移到较硬的材料表面个材料表面，通常是塑性大的材料由于粘着作
24、用而转移到较硬的材料表面而发生磨损。相反，有时由于材料转移的结果会增大摩擦副的实际接触面而发生磨损。相反，有时由于材料转移的结果会增大摩擦副的实际接触面积，使摩擦副有较高的耐磨性。积，使摩擦副有较高的耐磨性。摩擦过程中，两个物体的表面微凸体相互接触处会发生弹性变摩擦过程中，两个物体的表面微凸体相互接触处会发生弹性变形或塑性变形过程，此过程将伴随着一连串的物理、化学及机械性形或塑性变形过程，此过程将伴随着一连串的物理、化学及机械性能的变化。能的变化。35第35页，共55页。l影响磨损的因素影响磨损的因素载荷载荷-随载荷增加，摩擦副表面实际接触面积增大，从而摩擦力增大，随载荷增加，摩擦副表面实际接
25、触面积增大，从而摩擦力增大，摩擦热增加，使材料表面损伤加速摩擦热增加，使材料表面损伤加速速度速度-若滑动速度增加未引起摩擦表面温度的激增，则随滑动速度增加，若滑动速度增加未引起摩擦表面温度的激增，则随滑动速度增加，摩擦时间减少，材料来不及变形，从而使磨损量减少。若滑动速度增摩擦时间减少，材料来不及变形，从而使磨损量减少。若滑动速度增加使摩擦副表面急剧升温而软化，则会加剧接触表面的粘着倾向，使加使摩擦副表面急剧升温而软化，则会加剧接触表面的粘着倾向，使粘着磨损增加。粘着磨损增加。磨损种类不同，影响因素也不同，一般来说，影响因素有以下几种磨损种类不同，影响因素也不同，一般来说，影响因素有以下几种(
26、1)服役条件的影响服役条件的影响36第36页，共55页。表面粗糙度表面粗糙度-一般情况下，表面越粗糙，摩擦阻力越大，摩擦一般情况下，表面越粗糙，摩擦阻力越大，摩擦系数也越大，磨损就愈严重。但表面太光滑又会使基础面积系数也越大，磨损就愈严重。但表面太光滑又会使基础面积增加和表面的储油能力下降，从而使磨损增加。增加和表面的储油能力下降，从而使磨损增加。表面污染层与润滑膜表面污染层与润滑膜-材料表面所吸附的表面污染层，在摩擦过材料表面所吸附的表面污染层，在摩擦过程中可降低接触表面间的粘着倾向，起到减磨润滑作用。但是，程中可降低接触表面间的粘着倾向，起到减磨润滑作用。但是，若污染层中含有硬颗粒时，则会
27、使磨料磨损加剧。若污染层中含有硬颗粒时，则会使磨料磨损加剧。温度温度-随温度升高，材料表面的硬度降低，使实际接触面积增加，随温度升高，材料表面的硬度降低，使实际接触面积增加，导致粘着磨损倾向上升，当温度升高到一定程度后，将使基础表导致粘着磨损倾向上升，当温度升高到一定程度后，将使基础表面局部熔化焊合，使粘着磨损急剧增加。同时，温度升高导致摩面局部熔化焊合，使粘着磨损急剧增加。同时，温度升高导致摩擦副表面间润滑油氧化甚至失效，也会加剧磨损。擦副表面间润滑油氧化甚至失效，也会加剧磨损。37第37页，共55页。(2)材料本身性质的影响材料本身性质的影响材料的机械性能材料的机械性能-硬度对耐磨性有很多
28、影响。一般来说，硬度越高，硬度对耐磨性有很多影响。一般来说，硬度越高，耐磨性越好。塑性与韧性对硬脆材料的耐磨性影响较大。硬脆材耐磨性越好。塑性与韧性对硬脆材料的耐磨性影响较大。硬脆材料在磨损过程中，表层容易萌生裂纹并扩展，从而导致表层剥离，料在磨损过程中，表层容易萌生裂纹并扩展，从而导致表层剥离，若提高材料的塑性与韧性，将增加材料阻止裂纹扩展的能力，可若提高材料的塑性与韧性，将增加材料阻止裂纹扩展的能力，可明显提高耐磨性。明显提高耐磨性。38第38页，共55页。化学成分和组织结构的影响化学成分和组织结构的影响-材料的材料的化学成分化学成分对磨损有较大影响。对对磨损有较大影响。对钢材而言，原子半
29、径小的元素，如：碳、氮、磷、硼等，以间隙钢材而言，原子半径小的元素，如：碳、氮、磷、硼等，以间隙固溶的形式存在于钢中，使钢的硬度增加，从而提高耐磨性。固溶的形式存在于钢中，使钢的硬度增加，从而提高耐磨性。材材料的组织结构料的组织结构对磨损有较大的影响。在摩擦过程中，两种金属材料对磨损有较大的影响。在摩擦过程中，两种金属材料的互溶性越好，粘着磨损的倾向越大，两种材料差别越大，则它们的互溶性越好，粘着磨损的倾向越大，两种材料差别越大，则它们之间的粘着磨损倾向越小。若选择同种材料做摩擦副，则在摩擦中之间的粘着磨损倾向越小。若选择同种材料做摩擦副，则在摩擦中会产生强烈的粘着磨损。会产生强烈的粘着磨损。
30、39第39页，共55页。l 磨损的评定磨损的评定常用的评定方法有：磨损量、磨损率和耐磨性常用的评定方法有：磨损量、磨损率和耐磨性磨损量磨损量长度磨损量长度磨损量Wl：磨损过程中零件表面尺寸的改变量：磨损过程中零件表面尺寸的改变量体积磨损量体积磨损量Wv：磨损过程中零件体积的改变量：磨损过程中零件体积的改变量质量磨损量质量磨损量Wm：磨损过程中零件质量的改变量：磨损过程中零件质量的改变量磨损量：单位时间的磨损量、单位摩擦距离的磨损量。磨损量：单位时间的磨损量、单位摩擦距离的磨损量。相对耐磨性：两种材料相对耐磨性：两种材料A与与B在相同的外部条件下磨损量的比值。在相同的外部条件下磨损量的比值。40
31、第40页，共55页。磨损量愈小，耐磨性愈高磨损量愈小，耐磨性愈高。磨损量的测量有磨损量的测量有称重法和尺寸法称重法和尺寸法两种。称重法是用精密分析两种。称重法是用精密分析天平称量试样试验前后的质量变化确定磨损量。尺寸法是根据表天平称量试样试验前后的质量变化确定磨损量。尺寸法是根据表面法向尺寸在试验前后的变化确定磨损量。面法向尺寸在试验前后的变化确定磨损量。常用磨损量的倒数或用相对耐磨性常用磨损量的倒数或用相对耐磨性()表征材料的耐表征材料的耐磨性。即磨性。即相对耐磨性的倒数相对耐磨性的倒数亦称亦称磨损系数磨损系数。41第41页，共55页。提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径一、减轻粘着磨损
32、的主要措施一、减轻粘着磨损的主要措施 (1)(1)合理选择摩擦副材料合理选择摩擦副材料。尽量选择互溶性少，粘着倾向。尽量选择互溶性少，粘着倾向小的材料配对，如非同种或晶格类型、电子密度、电化学性质小的材料配对，如非同种或晶格类型、电子密度、电化学性质相差甚远的多相或化合物材料；强度高不易塑变的材料。相差甚远的多相或化合物材料；强度高不易塑变的材料。(2)(2)避免或阻止两摩擦副间直接接触避免或阻止两摩擦副间直接接触。增强氧化膜的稳。增强氧化膜的稳定性，提高氧化膜与基体的结合力；降低接触表面粗糙度，定性，提高氧化膜与基体的结合力；降低接触表面粗糙度，改善表面润滑条件等。改善表面润滑条件等。42第
33、42页，共55页。(3)(3)为使磨屑多沿接触面剥落，以降低磨损量，可采用表面渗疏、为使磨屑多沿接触面剥落，以降低磨损量，可采用表面渗疏、渗磷、渗氮等表面处理工艺，渗磷、渗氮等表面处理工艺，在材料表面形成一层化合物层或非金在材料表面形成一层化合物层或非金属层，既降低接触层原子间结合力，减少摩擦系数，又避免直接接属层，既降低接触层原子间结合力，减少摩擦系数，又避免直接接触触。为使磨损发生在较软方材料表层，可采用渗碳、掺氮共渗、碳氮为使磨损发生在较软方材料表层，可采用渗碳、掺氮共渗、碳氮硼三元共渗等工艺以提高另一方的硬度。硼三元共渗等工艺以提高另一方的硬度。43第43页，共55页。二、减轻磨粒磨损
34、的主要措施二、减轻磨粒磨损的主要措施 (1)(1)若是若是低应力低应力磨粒磨损，则应设法磨粒磨损，则应设法提高表面硬度提高表面硬度。选用含。选用含碳量较高，并经热处理获得马氏体组织的材料。碳量较高，并经热处理获得马氏体组织的材料。(2)(2)若遇若遇重载荷重载荷，甚至大冲击载荷下磨损，则基体材料组，甚至大冲击载荷下磨损，则基体材料组织最好是织最好是高硬度、良好韧性高硬度、良好韧性的贝氏体。的贝氏体。(3)(3)就就合金钢合金钢而言，而言，控制和改变碳化物数量、分布、形态控制和改变碳化物数量、分布、形态对提高对提高抗磨粒磨损能力起着决定性影响。抗磨粒磨损能力起着决定性影响。(4)(4)对于经渗碳
35、、碳氮共渗等提高表面硬度的机件，应经常对机件、对于经渗碳、碳氮共渗等提高表面硬度的机件，应经常对机件、润滑油进行防尘、过滤，以减轻磨粒磨损量。润滑油进行防尘、过滤，以减轻磨粒磨损量。44第44页，共55页。二、减轻磨粒磨损的主要措施二、减轻磨粒磨损的主要措施 (5)(5)确定材料硬度时，应以确定材料硬度时，应以HmHm1.3Ha(Hm1.3Ha(Hm为摩擦副材料硬为摩擦副材料硬度，度，HaHa为磨粒硬度为磨粒硬度)为依据。为依据。硬度相同时，钢中含碳量越高，形成硬度相同时，钢中含碳量越高，形成的碳化物越多，就具有越高的抗磨粒磨损能力的碳化物越多，就具有越高的抗磨粒磨损能力。(6)(6)值得提及
36、的是具有值得提及的是具有单相组织的高锰钢单相组织的高锰钢w(C)w(C)1.01.0-1.31.3，w(Mn)w(Mn)1111-14-14 因其有很高的加工硬化能力，是因其有很高的加工硬化能力，是公认的理想抗凿削磨损材料。公认的理想抗凿削磨损材料。45第45页，共55页。三、提高接触疲劳抗力的措施三、提高接触疲劳抗力的措施 (1)(1)采用采用真空电弧冶炼和电渣重熔等工艺真空电弧冶炼和电渣重熔等工艺提供优质纯净的材料；提供优质纯净的材料；或钢中含有适量塑性硫化物夹杂，能将脆性氧化物夹杂包住或钢中含有适量塑性硫化物夹杂，能将脆性氧化物夹杂包住形成共生夹杂物，降低氧化物的破坏作用，于提高材料接触
37、形成共生夹杂物，降低氧化物的破坏作用，于提高材料接触疲劳抗力有益。疲劳抗力有益。(2)(2)对轴承钢接触疲劳性能的研究表明，末溶碳化物状态相同对轴承钢接触疲劳性能的研究表明，末溶碳化物状态相同的条件下，的条件下，马氏体含碳量在马氏体含碳量在0.40.4-0.5-0.5左右时，接触疲劳抗左右时，接触疲劳抗力、寿命最高力、寿命最高。46第46页，共55页。三、提高接触疲劳抗力的措施三、提高接触疲劳抗力的措施 (3)(3)在基体为马氏体的组织中，在基体为马氏体的组织中，减小碳化物粒度并使之呈球状减小碳化物粒度并使之呈球状均匀分布均匀分布，使基体中马氏体、残余奥氏体和末溶碳化物量之间有最，使基体中马氏
38、体、残余奥氏体和末溶碳化物量之间有最佳匹配，可最大限度地提高接触疲劳抗力。佳匹配，可最大限度地提高接触疲劳抗力。(4)(4)材料表面硬度可部分地反映材料抗塑变能力及剪切强度的高低，材料表面硬度可部分地反映材料抗塑变能力及剪切强度的高低，因此对材料表面硬度应有最佳要求，同时还要考虑心部硬度和足够的因此对材料表面硬度应有最佳要求，同时还要考虑心部硬度和足够的硬化层深度，使表层材料硬度变化不要太陡硬化层深度，使表层材料硬度变化不要太陡。提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径47第47页，共55页。三、提高接触疲劳抗力的措施三、提高接触疲劳抗力的措施 (5)(5)合理选择表面硬化工艺合理选择表面硬化
39、工艺，在一定深度范围内保存残余压应力，在一定深度范围内保存残余压应力，于提高接触疲劳抗力极有利。于提高接触疲劳抗力极有利。(6)(6)改善接触配对副的表面状态改善接触配对副的表面状态，减少冷热加工缺陷，降低，减少冷热加工缺陷，降低表面租糙度，降低摩擦系数，也是很有效的措施。表面租糙度，降低摩擦系数，也是很有效的措施。提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径48第48页，共55页。四、非金属材料的磨损特性四、非金属材料的磨损特性 工程陶瓷材料受接触应力后，在局部的应力集中区表层发生塑工程陶瓷材料受接触应力后，在局部的应力集中区表层发生塑性变形，或在水、空气、介质、气氛的影响下形成易塑性变形的表性
40、变形，或在水、空气、介质、气氛的影响下形成易塑性变形的表层，进而开裂产生磨屑。因此，层，进而开裂产生磨屑。因此，陶瓷的摩擦磨损行为对表面状态极陶瓷的摩擦磨损行为对表面状态极为敏感为敏感。陶瓷材料抗冲蚀性能不仅与组分纯度有关，还与其制备工艺密陶瓷材料抗冲蚀性能不仅与组分纯度有关，还与其制备工艺密切相关。切相关。提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径49第49页，共55页。四、非金属材料的磨损特性四、非金属材料的磨损特性 聚合物的硬度虽远低于工程陶瓷和金属，但其具有较大柔性，故聚合物的硬度虽远低于工程陶瓷和金属，但其具有较大柔性，故在不少场合应用下显示出较高的抗划伤能力。聚合物的化学组成、结在不
41、少场合应用下显示出较高的抗划伤能力。聚合物的化学组成、结构与金属相差较大，两者的粘着倾向很小，磨粒磨损时，构与金属相差较大，两者的粘着倾向很小，磨粒磨损时，聚合物对磨聚合物对磨粒具有良好的适应性、就范性和埋嵌性粒具有良好的适应性、就范性和埋嵌性。其特有的高弹性又可在接触。其特有的高弹性又可在接触表面产生变形面不发生切削犁沟式损伤，如同用纫挫刀挫削一块橡表面产生变形面不发生切削犁沟式损伤，如同用纫挫刀挫削一块橡皮一样，表现出较好的抗磨损性能。皮一样，表现出较好的抗磨损性能。提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径50第50页，共55页。四、非金属材料的磨损特性四、非金属材料的磨损特性 在摩擦条件
42、下，金属材料在高分子材料表面滑动时，仍是粘在摩擦条件下，金属材料在高分子材料表面滑动时，仍是粘着性接合，但表面的塑性变形使高分子链趋向平行滑动表面排列，着性接合，但表面的塑性变形使高分子链趋向平行滑动表面排列，在随后的滑动过程中，这种取向的分子链易沿该方向被剪断，使摩在随后的滑动过程中，这种取向的分子链易沿该方向被剪断，使摩擦系数仅有擦系数仅有0.05-0.20.05-0.2因此，因此，就耐磨性而言，聚合物与金属配对的摩就耐磨性而言，聚合物与金属配对的摩擦副优于金属与金属配对的摩擦副擦副优于金属与金属配对的摩擦副。提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径51第51页，共55页。3.3 润滑l
43、润滑润滑-在两个摩擦表面直接加入润滑剂，以减小摩擦好磨损。此外，润滑还可起到散热降温，防锈、防尘，缓冲吸振等作用。l 润滑剂润滑剂-凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。52第52页，共55页。l 润滑剂的分类润滑剂的分类 1 1）液体润滑剂液体润滑剂：主要有动植物油、矿物油、水、：主要有动植物油、矿物油、水、液态金属等。液态金属等。2 2）润滑脂润滑脂：俗称黄油。由润滑油：俗称黄油。由润滑油+稠化剂混合而成。稠化剂混合而成。3 3）固体润滑剂固体润滑剂：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。4 4）气体润滑剂气体润滑剂：如空气、氮气、二氧化碳等。：如空气、
44、氮气、二氧化碳等。53第53页，共55页。锥入度锥入度-即润滑脂的稠度；即润滑脂的稠度；滴点滴点-指润滑脂受热后从标准量杯的孔口滴下第一滴指润滑脂受热后从标准量杯的孔口滴下第一滴油时的温度，决定工作温度。油时的温度，决定工作温度。l 润滑脂的主要性能指标润滑脂的主要性能指标54第54页，共55页。1 1）在低速、重载、高温、间隙大的情况下，应选用粘度）在低速、重载、高温、间隙大的情况下，应选用粘度较大的润滑油。较大的润滑油。l 润滑脂选用的润滑脂选用的基本原则基本原则：2 2）在高速、轻载、低温、间隙小的情况下，应选用）在高速、轻载、低温、间隙小的情况下，应选用粘度小的润滑油。粘度小的润滑油。3 3）润滑脂主要用于速度低、载荷大、不需经常加油、使）润滑脂主要用于速度低、载荷大、不需经常加油、使用要求不高或灰尘较多的场合。用要求不高或灰尘较多的场合。4 4）气体、固体润滑剂主要用于高温、高压、防止污染等）气体、固体润滑剂主要用于高温、高压、防止污染等一般润滑剂不能适用的场合。一般润滑剂不能适用的场合。55第55页，共55页。
