表面工程学-02金属磨损的基本理论(1-3)

第11届全国表面工程大会2.1金属磨损基本概念2.2粘着磨损2.3磨料磨损3.4冲蚀磨损2.5微动磨损2.6疲劳磨损2.7腐蚀磨损第2章金属磨损基本理论2.1金属磨损基本概念一、磨损的定义和分类二、磨损评定参数第2章金属磨损基本理论第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室4磨损的定义：英国机械工程学会___“由于机械作用而造成物体表面材料的逐渐损耗”（未包括电和化学所产生的作用）。克拉盖尔斯基【苏】___“由于摩擦结合力反复扰动而造成材料的损坏”（过分强调了疲劳的作用）。建议___“由于机械作用，间或伴有化学或(和)电的作用，材料表面在相对运动中不断损耗的现象”。一、磨损的定义和分类§2.1金属磨损基本概念第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室5一、磨损的定义和分类磨损的分类：按表面接触性质按环境与介质按机理§2.1金属磨损基本概念粘着磨损磨料磨损腐蚀磨损接触疲劳磨损冲蚀磨损微动磨损冲击磨损此处按照机理分类第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室6磨损的多学科性一、磨损的定义和分类§2.1金属磨损基本概念表面技术表面物理机械学冶金学摩擦化学固体力学材料科学润滑力学第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室7不同摩擦副条件下摩擦力的大小一、磨损的定义和分类§2.1金属磨损基本概念第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室8低硬度时：轻微磨损严重磨损轻微磨损磨损率与载荷的关系高硬度时：轻微磨损一、磨损的定义和分类§2.1金属磨损基本概念载荷加大磨损加剧第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室9二、磨损评定参数1、磨损量2、相对磨损量3、磨损系数4、耐磨性§2.1金属磨损基本概念第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室10二、磨损评定参数1、磨损量长度磨损量：WL体积磨损量：Wv重量磨损量：Wg§2.1金属磨损基本概念第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室11二、磨损评定参数2、相对磨损量磨损速度：磨损率：磨损时间磨损量单位磨损距离磨损量§2.1金属磨损基本概念第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室12二、磨损评定参数3、磨损系数距离载荷硬度磨损体积K距离载荷磨损体积/K§2.1金属磨损基本概念第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室13二、磨损评定参数4、耐磨性（相对耐磨性；绝对耐磨性）相对耐磨性ε：两种材料A与B在相同外部条件下磨损量的比值，其中A为标准或参考试样。BAAWW＝体积磨损量之比§2.1金属磨损基本概念第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室14二、磨损评定参数4、耐磨性（相对耐磨性；绝对耐磨性）绝对耐磨性：ε-1：§2.1金属磨损基本概念2.1金属磨损基本概念2.2粘着磨损2.3磨料磨损3.4冲蚀磨损2.5微动磨损2.6疲劳磨损2.7腐蚀磨损第2章金属磨损基本理论2.2粘着磨损定义规律分类影响因素第2章金属磨损基本理论第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室17§2.2粘着磨损AdhesiveWear当正应力加大，使金属表面相距在1nm之内时，表面之间将出现强烈的短程交互作用力；当没有表面膜存在且相互滑动时，粘合点将被剪掉，金属会从一个表面转移到另一个表面，产生粘着磨损。§2.2粘着磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室18粘着磨损具有如下规律：①任何金属表面均有可能出现粘着，力的大小与材料及外界有关；②六方金属（hcp）比体心（bcc）和面心（bcc）有低的粘着特性；③高原子密度(低表面能)晶面做表面时粘着力低，粘着磨损率低；④粘合点的断裂总是发生在内聚力较弱的材料内部；⑤互熔度很高的纯金属（Cu-Ni）间有高的粘着与焊合能力；⑥表面偏聚可大大降低粘着磨损；⑦表面氧化物的存在可以阻碍表面间的粘着；⑧一般多项金属比单项金属的粘着倾向小。§2.2粘着磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室19粘着磨损的分类：①涂抹②擦伤③粘焊④咬卡§2.2粘着磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室20涂抹→擦伤→胶合（粘焊）→咬卡（咬死）粘着磨损的四种形式§2.2粘着磨损粘着磨损的分类：第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室21摩擦副对粘着磨损失重的影响：销/套失重（×10-6）V1=48mm/sV2=879mm/sCu/Fe9.80.029Fe/Cu1.50.94Cu/Cu442.4Fe/Fe5144§2.2粘着磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室22材料特性对粘着磨损的影响§2.2粘着磨损表2-5材料特性对粘着磨损的影响摩擦副销的磨损率套的磨损率摩擦因素mm3/(kg.mm)Cu/Ni1.32×10-52.36×10-61.7Al/Cu8.59×10-64.89×10-71.2Ag/Fe5.20×10-85.79×10-80.9第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室23晶粒尺寸对磨损的影响随着晶粒尺寸的增大磨损失重增加§2.2粘着磨损随着晶粒尺寸的减小磨损失重降低第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室24碳化物数量与种类对磨损性的影响：随着碳化物含量的增加耐磨性提高§2.2粘着磨损2.1金属磨损基本概念2.2粘着磨损2.3磨料磨损3.4冲蚀磨损2.5微动磨损2.6疲劳磨损2.7腐蚀磨损第2章金属磨损基本理论第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室26§2.3磨料磨损AbrasionWear一、定义由于硬颗粒或硬突起物使材料产生迁移而造成的一种磨损。约占磨损总量的50%以上。§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室27二、磨料磨损的分类低应力磨料磨损冲蚀磨损高应力磨料磨损气蚀－冲蚀磨损凿削型磨料磨损腐蚀磨料磨损冲击磨料磨损§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室28低应力磨料磨损：§2.3磨料磨损松散物料在表面自由滑动，磨料不破碎第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室29低应力磨料磨损：§2.3磨料磨损松散物料自由在表面滑动，磨料不破碎第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室30高应力磨料磨损：§2.3磨料磨损磨料在工件表面之间相互摩擦和挤压，磨料不断破碎，局部应力很高。第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室31凿削型磨料磨损：§2.3磨料磨损表面被撕裂，应力很大，在输送或破碎大块材料时发生。第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室32冲击磨料磨损：§2.3磨料磨损磨料垂直或以一定的角度下落，局部应力极高。第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室33冲蚀磨损【固液共存】：§2.3磨料磨损表面在含有固体颗粒的液体中作相对运动造成的损耗。第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室34气蚀－冲蚀磨损【固液共存】：气泡破裂时产生的磨损§2.3磨料磨损固体与液体作相对运动，在气泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损，伴有液体与磨料的冲蚀作用。第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室35根据不同系统特性磨料磨损的分类§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室36磨损类型及提高耐磨性对材料表面的性能要求§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室37磨料磨损过程的影响因素：§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室38材料磨粒磨损过程示意图：§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室39磨料硬度的影响:教材表面工程学§2.3磨料磨损不同比值耐磨性不同第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室40磨料尺寸对磨损率的影响不同材料的磨损率不同〔青铜、铁、钢的耐磨性好〕磨粒直径增大磨损率增大§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室41不同磨料尺寸对磨损机制转换的影响§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室42磨料颗粒形状对磨损率的影响：§2.3磨料磨损表2-8磨料颗粒形状对不同材料磨损率的影响磨料形状类型相对磨损率（橡胶轮磨损试验结果）1018碳素退火钢1045碳素正火钢3.5%C，3.5%Ni，2.5%Cr，Ni硬铸铁3%C，26%Cr白口铸铁尖角形3.43.60.850.30多角形-1.60.250.14圆形1.00.960.260.22第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室43不同材料耐磨性与力学性能之间的关系§2.3磨料磨损s第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室44HRC－b（、k）－之间的关系§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室45润滑状态与磨损速率的关系：§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室46润滑状态与摩擦系数的关系：§2.3磨料磨损第2章金属磨损基本理论2019/9/19表面技术与摩擦学实验室47几种典型的固体润滑剂：§2.3磨料磨损