摩擦学原理第4章.ppt

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1、第四章磨损理论及其控制主讲：高诚辉内容目录一、概述二、磨损基本形式及其影响因素三、磨损的转化与复合四、磨损理论与磨损计算一、概述1.磨损研究的重要性2.磨损研究的进展3.磨损的定义4.磨损的分类5.磨损的评定6.磨损的动态过程1.磨损研究的重要性两个相互接触相对运动的表面发生摩擦，就有磨损发生。各种机器都是由许多零件组成的，在其相互活动接连的地方(如齿轮与齿轮、轴与轴承、活塞环与缸套之间)以及机器在工作环境中和外界介质接触时(如犁铧耕地、采煤机开采煤矿等)，总不免要产生摩擦与磨损。据不完全统计，能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损；约80%的机器零件失效是由于磨损引起的。所以磨损是机器最常

2、见、最大量的一种失效方式。据调查，联邦德国在1974年钢铁工业中约有30亿马克花费在维修上，其中直接由于磨损造成的损失占47%，停机修理所造成的损失与磨损直接造成的损失相当，如果再加上后续工序的影响，其经济损失还需加上10%一20%。1.磨损研究的重要性与摩擦相比，磨损要复杂得多。直到目前磨损的机理还不十分清楚，也没有一条简明的定量定律。对大多数机器来说，磨损比摩擦显得更为重要，实际上人们对磨损的理解远远不如摩擦。对机器磨损的预测能力也很差。对于大多数不同系统的材料，在空气中的摩擦系数大小相差不超过20倍，而磨损率之差却很大，如聚乙烯对钢的磨损和钢对钢的磨损之比可相差105倍。磨损似乎比摩

3、擦具有更大的复杂性和敏感性。在具体的工作条件下，影响因素是十分复杂的，它包括工作条件、环境因素、介质因素和润滑条件以及零件材料的成分、组织和工作表面的物理、化学；机械性能等，了解影响因素有利于实现对磨损的控制。2.磨损研究的进展磨损的研究工作开展得较迟，本世纪50年代初期在工业发展国家开始研究“粘着磨损”理论，探讨磨损机理。1953年美国的J.F.Archard提出了简单的磨损计算公式，1957年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N.P.Suh提出了磨损剥层理论。20世纪60年代后，由于电子显微镜、光谱仪、能谱仪、俄歇谱仪以及电子衍射仪等测试仪器和放射性同位素

4、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、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，分析和监测磨损过程，从而寻求提高机器寿命的可能途径。3.磨损的定义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余变形的现象。定义说明①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；定义说明②定义强调磨

5、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的范畴；③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；④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(材料从一个表面转移到另一个表面上去)，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，而不是偶然的几次。4.磨损的分类（1）按表面作用分类苏联学者Хрушов(1953年)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：机械类：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

6、形、脆性剥落等。分子—机械类：由于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。腐蚀—机械类：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，它包括氧化磨损和化学腐蚀磨损。（2）按过程分类克拉盖里斯基(1962年)提出的磨损分类方法将磨损划分为三个过程，根据每一过程的分类来说明相互关系，如图所示。①表面的相互作用两个摩擦表面的相互作用可以是机械的或分子的两类，机械作用包括弹性变形、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，也可以是三体摩擦中夹在两表面间的外界磨粒造成的；表面分子作用包括相互吸引和粘着效应两种，前者

7、作用力小而后者的作用力较大。②表面层的变化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。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、摩擦温度和环