第第四章磨損原理2磨損的理論研究3磨損檢測與評定4.1.1磨損的定義歐洲經濟合作和發展組織(OECD)下屬的工程材料磨損研究小組，將“磨損”定義為“相對運動的工作表面上材料的逐漸損耗”。美國材料試驗協會(ASTM)標準中，給出磨損的定義是：由于一個物體的表面與它相接觸的物質間的相對運動而造成的固體表面的損壞，通常有材料的逐漸損失。磨損是由于機械作用或(和)化學反應，在固體的主要表現為固體表面尺寸和(或)形狀的改變。3.磨損必然產生物質損耗(包括材料轉移)，而且它4.1.2磨損的基本特性能現個2.穩定磨損階段:(2.穩定磨損階段:(Normal~)已建立彈塑性接觸,微觀幾何形狀發生變化,磨損量與時間成正比增加.磨損率基本上保持不變，磨損緩慢。3.急劇磨損階段:(Catastrophic~)零件經過長期使用后，配合間隙增大，性能和精度下降，潤滑條件惡化，磨損量急劇增長。磨損不僅是材料本身固有特性的表現，更是摩的反映。同一種機器零件在不同機器中會產生不同類型或不同程度的磨損。即使在同一臺機器中，不同工況也會導致不同程度甚至不同類型的磨損。機件磨損是無法避免的。但如何縮短跑合期、延長穩定磨損階段和推遲劇烈磨損的到來，是研究者致力的方向。磨損過程涉及到許多不同的學科領域，由于具有跨學科的性質，至今還很難將它的規律解釋清楚。已經有很多學者對磨損進行了大量的研究。如20世紀20年代，湯林森提出了分子磨損的概念，他認為兩個粗糙表面在接觸摩擦過程中相互接近，而一個表面上的原子被另一個表面俘獲霍爾姆在上述基礎上作了進一步的發展，他指出摩擦材料的壓縮屈服極限σ(即硬度)對耐磨b50年代初，奧貝爾(Oberle)從表層材料的機械破磨損的主要因素除硬度H外，還有材料的彈性模量E。處在彈性極限內的，變形越大，機械破壞越少，并提高則耐磨性好。馮(Feng)提出了機械性質相近的兩表面上機械嵌鎖作用導致界面上既粘連又犁削的觀點。布洛克(Blok)認為軟鋼表面變得粗糙和發生塑性變形，是由于應力過高而引起的。性的影響很大。拉賓諾維奇認為表面能與材料硬度之比，拉賓諾維奇認為表面能與材料硬度之比，對于磨損是一個重要因素，它可能影響磨屑的大小。赫魯曉夫提出了硬質微凸體在軟表面上犁溝有不少學者通過實驗和觀測發現，磨損是比原子量級大得多的數量級，大規模地發生著。拉賓諾維奇和阿查德(Archard)分別指出，磨損顆粒大約具有如實際接觸斑點直徑那樣的數量級。拉賓諾維奇提出磨屑呈半球形，阿查德也認為磨屑具有一定在滑動或滾動過程中，表面微凸體反復承載而發生疲勞脫落的現象，有人把它看作是一種磨觀點也屬于這一類。蘇(Suh)等人提出了由于應力重復作用和應變度)不是控制磨損的因素。關于磨損現象的解釋，不同的論點都從某一角度描述了磨損某一方面的狀況。還難以解釋千變萬化的磨損現象。隨著表面微觀分析儀器及電子計算技術的發展，人們對磨損的研究也由宏觀進入亞微金屬材料的磨損問題將稍加講解。表征磨損特性的主要參數是磨損率，通?？刹捎靡韵氯N磨損率。(1)線性磨損率(2)體積磨損率R=h/LLR=V/LAVn(3)重量磨損率R=W/LA=pRW—磨損重量(1)粘著磨損或粘附磨損(Adhesivewear)；(2)磨料磨損或磨粒磨損(Abrasibewear)(3)疲勞磨損或表面疲勞磨損(Surfacefatiguewear)(4)腐蝕磨損(Corrosivewear)或摩擦-化學磨損(Trir(5)其他，包括侵蝕磨損或沖蝕磨損(Erosivewear)和rWnV摩擦副相對運動時，由于接觸點上的固相焊合，接觸表面的材料從一個表面轉移到另一個表現象稱為粘著磨損。破壞特點：粘著點剪切破壞是發展性的，造成兩表面凹凸不平。4.2.1磨損機理接觸-塑性變形-表面膜(包括油膜)破裂-粘著(冷焊)-剪斷接點-再粘著的循環過磨損主要是以材料轉移的形式表現出來，有時還會出現少量磨屑。4.2.2主要類型按照磨損程度的不同，粘著磨損可以分為以1.輕微磨損粘著點的剪切強度比形成該粘著點的任何一方的基體金屬的剪切強度都小(如錫與鐵對磨)，磨損發生在粘著點的界面上，材料轉移十分輕微，甚至不產生材料轉移。粘著結合處強度比摩擦副的兩基體金屬都弱2.涂抹粘著點的剪切強度介于形成該粘著點的兩種基體金屬的剪切強度之間(如鉛與鋼對磨)，剪切破壞發生在較軟金屬的淺表層，并者的表面上被涂抹上薄薄的一層。粘著結合處強度大于較軟金屬的剪切強度3.刮傷沿滑動方向形成嚴重的劃痕，剪切破壞主要發生在較軟金屬的表層。粘著結合處強度比兩金屬基體都高，轉移到硬面上的粘著物質又拉削軟金屬表面4.膠合表面局部溫度相當高，粘著點的面積較大，由于粘著點的剪切強度比形成粘著的任何一方基體金屬的剪切強度都要高，故在摩擦副的一方或雙方的基體金屬上產生較深層的破壞。粘著結合處強度大于任一基體的剪切強度，剪切應力高于粘著結合強度5.咬死由于粘著點的面積較大，其剪切強度也相當高，致使摩擦表面因局部熔焊而停止相粘著結合處強度比任一基體金屬的剪切強度都高，而且粘著區域大，剪切應力低于粘著結合強度4.4.2.3粘著磨損規律1.阿查德(Archard)的磨損量計算式NR=KLbK-粘著磨損的磨損系數，它表示一個微凸體在全ad部載荷接觸下滑動時，產生一粒磨屑的概率，NR=KLb⑴磨損量與滑動距離成正比；⑵磨損量與法向載荷成正比，而與表觀面積無關；⑶磨損量與較軟材料的壓縮屈服極限(硬度)成反比；⑷滑動速度大體上對磨損量沒有影響。2.吉本(Yoshimoto)與筑添(Tsukizoe)的計算式1NV6完b3.羅厄(Rowe)對阿查德方程的修正羅厄考慮了表面膜的影響Vm完bNLV完bNR=KLvad3完bk’-被定義為磨損系數。與接觸產生的概率、摩擦副的材料、幾何性質、表面膜的破損程度等因素有關。4.威爾士(Welsh)的研究⑴溫度在T以下時，磨屑基1⑵溫度超過T，進入嚴重磨1粘著磨損的特征，表建立亞表N⑶⑶當溫度到達T后，由于表面2⑷溫度再升高到T，此時可使3粘著磨損的特征5.查爾德(Child)的研究研究了載荷與速度對軟鋼-軟鋼無潤滑條件下的磨損狀態，表明磨損隨工作條件的改變而發生轉化。⑴在低速低載荷范圍(A區)，金屬表面發生硬化，并降低了粗糙度。在氧化膜的保護下，磨損基本上屬于氧化膜的機械磨損。5.查爾德(Child)的研究⑵速度和載荷稍高(B區)，氧化膜有可能破裂而產生嚴重的金屬轉移及磨損。⑶在更高的速度下(C區)，由于摩擦熱引起氧化及相變硬化，又恢復了氧化膜的保護作用。5.查爾德(Child)的研究⑷當速度再提高(D區)，由于溫度升高，嚴重的表面軟化現象又可以引起嚴重磨損。⑸速度再高(E區)，則又出現氧化膜起主導作用的現4.2.4防止和減輕粘著磨損的措施1.合理選擇摩擦副材料表面層迅速變成硬化狀態。在表面上形成氧化層為主要反應，而不發生金屬轉移。所以磨損率又下降。溫度相當高，足夠引起表面層的相變(如出現“白層”結構)它將阻礙塑性變形的發展，建摩摩擦副宜選用互溶性小的金屬。在抗粘著能力方面，多相金屬優于單相金屬，脆性材料優于塑性材料，因其粘著破壞的深度較淺。非金屬材料(如高分子材料、陶瓷等)不易與金屬產生粘著磨損。2.表面處理采用表面氧化、滲硫、電鍍或采用非金屬涂層，均可提高摩擦表面抗粘著的能力，可有效地阻止金屬的粘3.減小摩擦熱控制PV值，或加強摩擦表面的冷卻，以消除產生粘著磨損的高溫。4.在潤滑劑中加油性添加劑或極壓添加劑油性添加劑可提高潤滑油在金屬表面的吸附能力，保持良好的邊界潤滑狀態。極壓添加劑可分解出磷、硫、氯等活性元素，與金屬表面起化學反應而形成化學反應膜，以有效地防止或減輕金屬表面的粘著。上硬的微凸體或摩擦界面上的硬顆粒而引起物體表面材料損耗的一種磨損。據統計，因磨粒磨損而產生的損失約占各類磨損所造成的全部損失的一半。油田設備中許多零件的磨損都屬于磨粒磨損。4.3.1主要類型由于物體表面本身硬的微凸體使對偶表面產生的磨粒磨損稱為兩體磨粒磨損(Two-bodyabrasivewear)；由于摩擦表面上存在自由硬顆粒而產生的磨粒磨損稱為三體磨粒磨損(Three-bodyabrasivewear)。依磨損表面損壞形式的不同，磨粒磨損又可分為以下三種類型。1.低應力擦傷磨料磨損(擦傷)磨料作用于表面的應力不超過磨料的壓潰強度材料表面產生擦傷(或微小切削痕)。22.高應力碾碎式磨料磨損(刮傷)磨料與金屬表面接觸處的最大壓應力，大于磨料的壓潰強度一般金屬材料被拉傷，韌脆性材料發生碎裂或剝落3.鑿削式磨料磨損(犁溝)磨料對材料表面產生高應力碰撞從材料表面上鑿削下大顆粒的金屬。被磨表面有較深的溝槽4.3.2磨損機理⑴微量切削假說：磨損是由于磨料顆粒在金⑵疲勞破壞假說：磨損是由于磨料在金屬表⑶壓痕假說：磨損是由于硬質磨料對塑性材料表面引起壓痕，從表面上擠出的剝落物。2.磨料磨損的模型在垂直方向的投影面積為πr2(圓面積)，軟材料的壓縮屈服極限σ，法向載荷N?；瑒訒r只有半個錐面(前b水平方向的投影面積為一個三角形。磨損量：Q＝nxrL,L2tgaNNaHb進方向的錐面)承受載荷。共有n個微凸體。則所受的法向w=k?b22tgaNNw=?=k?幾aHbka不僅包含了微凸體的形狀因素，還包含磨損類型的區別。一般二體磨損(零件在磨料中工作)取較大值；三體磨損(磨粒夾在摩擦面之間)則取較小值。此式與粘著磨損有同樣的形式：與法向載荷成與軟材料的硬度呈反比。рущов)認為材料硬度是磨料磨損最重要的參數。下圖表示了體積磨損Q與材料硬度HmaQHm≥1.3Ha為Ⅰ區,低磨損狀態；0.8Ha<Hm<1.3Ha為Ⅱ區，過渡Hm≤0.8Ha為Ⅲ區，嚴重磨損狀磨料和材料硬度對磨料磨損的影響3.磨屑形成機理(1)塑性磨屑尖銳有棱角的磨料在塑性材料上連續切削。被削表面塑性變形后留有溝槽，作用力大溝槽深，磨屑呈連續狀。3.磨屑形成機理(2)疲勞磨屑(a)磨料硬而棱角不尖銳，壓入金屬表面，直接金屬被磨料犁皺而不成犁溝。被移動的金屬反復疲勞變形形成磨屑3.磨屑形成機理(b)高應力碾碎性磨損中磨料被金屬碾碎，刺入金屬表面發生變形并前后移動，形成疲勞磨屑33.磨屑形成機理(c)硬質沖擊磨料作用下，金屬表面形成凹凸不反復沖擊后，圓坑之間的金屬多次變形，形成疲勞磨屑(3)脆性磨屑磨料作用在脆性材料上，應力超過材料強度極限脆性材料不發生塑性變形而直接產生裂紋，隨后裂紋擴展，形成碎片狀磨屑。ⅲ表面分子作用機理：非常小的磨粒對材料的磨損，磨粒壓入深度在表面膜的厚度范圍內，雖然看不到塑性變形，但表面膜不斷磨損，然后又不4.3.3磨粒磨損的影響因素影響磨粒磨損的因素除了摩擦副的工況條件和磨粒磨損的類型(兩體磨損和三體磨損)之外，還有金屬材料的硬度以及磨粒的硬度與尺寸。1.金屬材料的硬度在一般情況下，金屬材料的硬度或金屬的含碳量越高，其耐磨性也越高。高的鋼。而在高應力或沖擊作用下工作的零件，則應選用韌性好、冷作硬化的鋼。2.磨粒硬度在Ⅱ區，磨損隨磨粒硬度；在Ⅲ區，磨損量不再受磨作為低磨損率的判據。研研究表明，要改善材料抗磨粒磨損的性能，H>0.5Hma但是，如果H超過1.3H時，抗磨粒磨損的性能ma將不會得到更進一步的改善。ma3.磨粒尺寸通常，金屬的磨粒磨損會隨著磨粒尺寸的增大但磨粒尺寸增大到某個臨界值以后，磨損量保持不摩擦副接觸表面作滾動或滑動摩擦時，由于周期性載荷，使接觸區產生很大的交變應力，導致表面發生塑性變形。在表層薄弱處引起裂紋，逐漸擴展并發生斷裂而造成的點蝕或剝落，稱為表面疲勞磨損。4.4.1基本類型1.點蝕(pitting)點蝕的特征是初始裂紋出現在零件表面，表面裂紋逐漸擴展并產生疲勞破壞，材料面形成麻點狀小坑。研究表面，當表面接觸壓應力較小(小于材料剪切強度的55%)、而摩擦系數較大時，表面疲2.剝落(spalling)當表面接觸壓應力較大(大于材料剪切強度的60%)、而摩擦系數較小時，其初始裂紋往往在表面以下萌生并擴展，疲勞破兩種兩種疲勞磨損的對比產生表面疲勞磨損的基本條件是：產生滾動摩擦或滑動摩擦或二者兼有的摩擦副承受了較高它與一般材料疲勞破壞的主要區別是：②磨損往往發生在材料的表層或次表層；③材料不存在疲勞極限。4.4.2磨損機理(1)微觀裂紋的萌生階段摩擦或滾動與滑動摩擦同時出現時，由于表面接觸應力的作用非常接近表層，在表層產生塑性流變(流變層厚度約0.1~0.3mm)，形成各向異性的纖維組織。因纖維組織方向(即塑性流向)的金屬移動阻力最小，當表面剪應力足夠大時，在表面就會(2)裂紋擴展階段表面形成微裂紋后，潤滑油進入其中。而在零件作相對運動的過程中，潤滑油會被反復壓入到裂紋內部并被封閉，使所形成的封閉腔中的油(3)表層疲勞剝落階段裂紋擴展的尺寸越大，裂紋形成封閉腔內的儲油越多，作用于裂紋內壁的油壓也越大。在多次重復作用下，裂紋擴大到使表層材料在其危險截面處折斷并脫落，從而使零件表面形成麻點剝落。在沒有潤滑油的情況下，由于摩擦表面的摩部應力增大，從而使接觸表面在高的壓應力、摩擦力和熱應力作用下，也會產生點蝕。2.裂紋從接觸表層下產生剝落的形成過程與點蝕相似，也可分為以下三個階段：(1)裂紋萌生階段當接觸應力較大而摩擦力較小時，根據彈性理論中的赫茲方程可知，表層最薄弱處是在表面以下距表面0.786b的地方，即最大剪應力的作用(2)裂紋擴展階段隨著循環作用次數的增加，微裂紋逐漸擴展，并產生與表面垂直或傾斜的(3)表層脆斷剝落階段隨著分枝裂紋的進一步擴展并互相交織在一起，在裂紋包圍面疲勞磨損的磨損率方程：NR=KK是表面疲s勞磨損的磨損系數，它與材料發生環次數成反比，環次數成反比，3.脫層理論(分層理論)sf蘇(Suh)認為接觸的兩表面相對滑動，硬表次循環載荷。在載荷的反復作用下，產生塑性變深的地方，而不是表面上。層以下一定距離內將出現位錯的堆積，如遇金屬中和聚集，此處更易發生塑性流動。這些地方往往是裂紋的成核區域(見圖)。表層發生位錯聚集的位置取決于金屬的表面能和作用在位錯上正應力的大小。一般，面心立方金屬的位置比體心立方金屬的置根據表面下的應力分布狀況，裂紋都是平行于表面的。每當裂紋受一次循環載荷，就在同樣深度處向前擴展一個短距離，擴展到一定的臨界長度時，裂紋與表面之間的材料，由于剪切應變而以薄片形式剝落下來。裂紋產生的深度由材料的性質及摩擦系數所決定。4.微觀點蝕概念勃士(Berthe)等提出微觀點蝕概念。實際上表面是粗糙的，真實接觸在粗糙表面的峰頂。表面粗糙度使赫茲應力分布發生調幅現象。每個峰頂上的接觸應力引起的點蝕稱為微觀點蝕。這種點蝕大約是宏觀點蝕的1／10左右。而這種微觀點蝕往往都是宏觀點蝕的起4.4.3影響表面疲勞磨損的因素赫茲應力分布的調幅現象1.軸承鋼的性能與質量鋼中非金屬的脆性夾雜物(在交變應力作用，易于基體材料分離而形成空穴。改善鋼錠的冶煉方法，進行凈化處理，這是降低鋼中夾雜物含量的根本措施。軸承鋼中碳化物含量太多，粒度太大、形狀不規則和分布不均勻也會引起材料組織和性能的不均勻和應力集中，從而降低材料抵抗表面疲勞磨損的能力。適當降低軸承鋼中的含碳量，充分的鍛造，采用合理的球化退火工藝，以減少鋼中碳化物的含量，并使缺陷，這也是提高零件壽命的重要措施之一。2.滲碳鋼的性能與質量直接影響到滾動接觸零件內部剪應力的分布，以及剪應力與材料剪切強度二者比值的變化。強度的滲碳層內，從而可大大提高零件的壽命。可用下式確定滲碳層的合理深度：t>0.31RmaxHVt—滲碳層深度，mm；R—接觸部位的相對曲率半徑，mm；max—max—最大接觸應力，MPa；HV—滲碳層的維氏硬度。33.潤滑油的粘度潤滑油的粘度越低，越易進入裂縫，加速裂紋的擴展。根據彈性流體動壓潤滑理論，潤滑油的粘度越高，接觸壓力的分布就越均勻，零件抗疲勞磨損的能力也就越高。4.零件的表面粗糙度零件的表面粗糙度越小，其壽命越長。以滾動軸承為例，表面粗糙度0.16-0.32μm的軸承壽命比0.32-0.63μm的軸承的壽命高2-3倍?！?-5腐蝕磨損(摩擦-化學磨損)腐蝕磨損是金屬表面在摩擦過程中與周圍介質發生化學反應或電化學反應而產生的一種磨產生腐蝕磨損的必要和充分條件是具有在腐蝕性介質的環境下的摩擦表面，在大多數情況。4.5.1腐蝕磨損的類型按周圍介質的不同，腐蝕磨損可分為以下兩種類型：1.氧化磨損當摩擦副受到空氣中或潤滑劑中氧的作用時，會在金屬表面形成氧化膜，這種氧化物被磨掉的氧化磨損的磨損機理就是氧化膜的形成、破壞、再生與再破壞的周而復始的過程。氧化膜的生成速度隨時間按指數規律下降。2.化學腐蝕磨損當摩擦副受到酸、堿等腐蝕介質的作用時，或在高溫條件下潤滑劑中的硫磷氯等元素與金屬表面發生化學反應時，會在零件表面生成化學反應膜。這種表面膜在摩擦過程中不斷被除去的現象，即為其磨損機理則是化學反應膜的不斷產生、破壞、再生與再破壞的過程。33.氫致磨損鮑烈可夫等發現，在摩擦表面上氫的濃度有所上升，而使磨損加速，稱為氫致磨損。a.氫可能來自材料本身或環境介質(潤滑油、水)，在摩擦過程中，由于力學和化學的作用，導致氫的析出，并不斷地進入摩擦副材料的表面層。b.介質中的氫擴散到金屬表面的變形層中，由于溫度和應力梯度，使氫在擴散后形成富集。3.氫致磨損c.由于氫的滲入，使表面變形層出現大量的裂紋源。并在很短的時間內形成非常細小而分散氫致磨損不同于鋼的氫脆現象，它只是在摩擦過程中，碳氫類化合物斷裂的C-H吸附在金屬表面上，在摩擦過程中引起的。4.5.2腐蝕磨損的一般物理過程腐蝕磨損的物理過程可以用簡化圖解來表示腐蝕磨損的磨損率方程也可寫成如下形式：NR=Ksc的臨界厚度以及接觸狀態等因素有c4.5.3影響腐蝕磨損的因素1.腐蝕介質一般酸性介質的腐蝕性較強，而堿性介質的腐蝕性較弱。介質濃度對腐蝕磨損的影響十分復雜，往往因材料而異。劑，可在陽極上形成鈍態的保護膜，以抑制陽極(1)提高化學反應速度，從而增加腐蝕速度；(2)降低氧溶解度，從而降低腐蝕速度。實際中表現出的磨損，常不能單純地納入上述四類基本形式。有許多是以上基本類型的轉化或復合。如圖所示隨速度及載荷的變化，磨損類型也在變化。這說明，磨損類型可以隨工作條件磨損隨速度轉化示意圖磨損隨載荷轉化示意圖微動磨損主要是上述四種基本磨損機理綜合作成的一種磨損形式。當相互接觸的兩個固體表面以小振幅(一般小于一般發生在軸頸、螺栓聯接、鍵槽等配合較緊的零件上，以及金屬密封和離合器中。這種磨損會在零件的工作表面產生疲勞裂紋和微小的半球狀麻因磨屑的聚集而導致摩擦副咬死。微動磨損還會使表面或亞表面層中產生微裂紋，在應力反真實接觸的峰頂塑性變形，產生粘著；小振幅振動將粘著接點剪切脫落，露出基體金屬脫落的脫落的顆粒和新生表面又與氧反應生成以FeO為主的氧化物磨屑。由于振幅很小，磨屑不23BC段磨料作用下降，磨最終的CD段是由于磨屑增多，隔開接觸表4.6.1磨損機理a.粘著的作用表面粗糙不平，在凸峰處首先開始接觸。雖有氧化膜和吸附物質的保護，但由于小振這種接點在法向力和切向力的聯合作用下，經過多次反復，會在表面下誘發疲勞裂紋。b.磨屑的作用在微動磨損的初始階段，粘著材料可能轉移到對摩面上，又可能轉移回來。不同材料⑵連續轉移形成的氧化膜反復疲勞產生磨屑；易離開表面，就停留在表面上起磨料的作用 (三體磨料磨損)。同時，又因應力的反復作用，微裂紋可發展成疲勞斷裂。如果應力足夠大，疲勞會繼續擴展，以致完全破壞。微動磨損的損壞特點：摩擦表面有較集中的凹坑，因為活動區很小，粘著、疲勞均集中在很小的范圍內。磨損產物是紅褐色的氧化物細顆粒。馮一鳴(Feng)等將微動磨損隨循環次數的OA段為起始摩擦時，由于金屬轉移和磨損造成曲線切脫落轉到磨料磨損；鋼鋼鐵的微動磨屑呈紅棕色，為FeO，是23微動磨損由于界面上有磨屑存在，所以構成三體磨損，對表面的損傷比一般滑動摩擦的但如果金屬的硬度高、脆性高，則有時氧化物磨屑可以阻止進一步粘著而起到保護表面的作用。甚至到微動后期，磨屑增多，將表面完全隔開，從而減小粘著，對載荷起著緩沖作用，直c.脫層的作用微動磨損屬于低速滑動。蘇(Suh)認為，只有應力循環交變的次數很多，才能形成亞表面裂紋。經實驗觀察，微動形成的片狀磨屑是在原位上由金屬破裂而成，而不是由粘著從對摩面表面破裂——片狀磨屑產生——微動疲勞裂紋萌深度處，而是在一個深度范圍內，因此，一個部位可以產生多層薄片磨屑。d.氧化的作用氧化對微動磨損有很重要的影響和氧化膜可以減緩磨損。氧化膜有一個臨界厚氧化膜厚度明顯增加，能牢固地與基體結合，可表現出較強的抗微動磨損的能力。在微動作用下，金屬常生成微米量級的釉質氧化膜。它雖是釉質(一般為無定形結構)，卻有明顯的晶型，一般為尖晶石結構。由于其表面光滑，摩擦和磨損明顯下降，是一種理想的抗微動磨損的保護膜。4.6.2預防微動磨損的一般性原則1.應區分由“力控制”和由“位移控制”這兩種微對于前者應增大摩擦系數或增大法向載荷以荷，以減小磨損。2.改進設計，消除引發微動的相對運動；減少應力集中等。3.采用噴丸處理和合適的表面涂層等表面處理技術。終氧化物。4.在兩接4.在兩接觸面間插入墊片，如用軟金屬片或低彈性模量的聚合物薄片將兩表面隔離，靠墊片性或彈性變形來吸收微動。5.在接觸界面上加無腐蝕性的潤滑劑。4.7.1研究磨損理論的重要性1.磨損現象的綜合性其一是在實際的摩擦副中，往往是多種形態其二是即使是單一形態的磨損現象，也往往是機械的、化學的、電化學的以及力化學的多種2.磨損現象的不穩定性不僅表現在它的時變特征和漸進的動態過程，而且還表現在對它所在的摩擦學系統中的各磨損現象的這種復雜性往往是使室內試驗的結果難于應用在工程實際的主要原因之一。必須從本質上深入研究磨損機理，以建立能綜合闡明磨損發生與發展規律性的統一的磨控制上取得根本性的突破。4.7.2磨損理論的研究進展1.“犁溝”理論這是最早提出的一種磨損理論。這種理論認為磨損是摩擦副中界面上一側的微凸體推壓并切掉另一側微凸體的現象，即把磨損看作是一種切削現象。其最大缺點是把磨損現象僅僅歸結為機械作用的結果，而絲毫沒有考慮摩擦表面上的各2.“粘附”理論1946年霍姆建立他認為在平面接觸的情況下，互相接近的兩捕捉的現象就是磨損，并導出了霍姆磨損方程。拉賓諾維奇和阿查德等人做了修正，提出了脫落的磨屑的計算模型和磨損方程。這種理論無法解釋在滑動摩擦條件下游離的磨屑的形成，也無法解釋兩個摩擦表面中硬材料表面也會發生磨損的現象。33.疲勞理論卡拉蓋爾斯基1957年發表了他在引入疲勞破壞的概念的基礎上所創立的磨損的疲勞理基本要點：摩擦表面上的磨損是由于多次重復的摩擦作用的結果，即由于摩擦力的重復作用，材料受到了累計損傷而最終導致疲勞破壞，這種破壞首先發生于微觀接觸區。根據應力狀態，其作用次數可以定量表示。不僅可用于解釋表面疲勞磨損現象，也可用于分析粘著磨損和磨粒磨損的磨損過程。4.熱活化理論朱可夫把固體的破壞看作熱活化過程，建立了壽命與破壞應力及破壞過程的活化能之間的關主要用于分析高分子材料的磨損。5.能量理論從磨損的物理本質上看，任何磨損都是能表了他所提出的能量理論?；疽c：摩擦表面的各個局部體積由于摩擦力做功而變形，摩擦功的大部分以熱的形式消散，而小部分(約占全部摩擦功的9%-16%)以內能的形式儲存在該體積中，即變形能。當該局部體積的內能積累到足以是表面破壞的某個臨界值時，材料脫落形成磨屑，即產生磨只能定性地解釋磨損的物理過程，而不能對磨損現象作定量描述。張嗣偉等提出了可對橡膠線接觸磨粒磨損進行定量分析的橡膠磨損6.剝層理論許經過多年的研究，認為金屬的滑動磨損是通過摩擦表面的裂紋生長，使其表層材料沿他發表了磨損的剝層理論。對于軟、硬物體的磨損現象都能做出較滿意44.7.3剝層理論的主要內容1.剝層的物理過程(1)微凸體的變形與斷裂(2)軟表面出現塑性變形積累在許多硬微凸體相繼傳遞的表面切向載荷的作用下，軟表面產生塑性剪切變形并不斷積累。(3)微裂紋萌生隨著表層附件塑性變形的積累，在其次表面層中出現位錯堆積，加上材料內部存在雜質，空穴等缺陷，促使形成微裂紋。(4)微裂紋擴展載荷繼續作用，使裂紋擴展、長大，相鄰裂紋連通。這種裂紋趨向于與表面平行，并在一定深度處擴展。此深度與材料性質及摩擦系數有關。(5)片狀磨屑形成裂紋擴展到一定長度時，裂縫和表面之間的材料在某一薄弱處被剪，因而產生薄片狀的磨屑而剝落。2.磨損方2.磨損方程考察一個微凸體在固體表面上自左向右滑過的情況，在該表面下方深度為d處，有一條長度為C的裂根據裂紋兩端L可導出磨損率方程如R=LRCC-接觸表面的長度；l-裂紋間距(沿滑動方向)。CC和CLR分別為N個微凸體通過時，裂紋左右兩端的平均擴展速率。它與接觸表面的摩擦系數、裂紋深度d(即磨屑厚度)、接觸長度以及材料性能有關。GbfG—剪切模量；b—柏氏矢量(表示位錯晶格位移的矢量)；f這個理論的試驗依據就是在摩擦表面下的一定深度處會產生平行于摩擦表面，其大小。剝層理論一般可用于解釋具有塑性形變的金屬和非金屬的粘著磨損、疲勞磨損和微還不能解釋高速滑動條件下的磨損現象。但這一理論畢竟在力圖闡明金屬材料的各種磨損現象的共同本質方面邁出了可喜的一步，具有重要的學術價值。R=LR損的檢測與評定研究磨損要通過各種摩擦磨損試驗設備，檢測摩擦過程中的摩擦系數及磨損量(或磨損率)。研究磨屑和磨損后表面上的信息是研究磨4.9.1摩擦磨損試驗機及試驗設備磨損試驗的目的在于研究各種因素對摩擦磨損的影響，從而合理地選擇配對材料，采用有效措施降低摩擦、磨損，正確設計摩擦副的結構尺寸及摩擦磨損試驗大體上可分為實驗室試驗，模擬試驗或臺架試驗，以及使用試驗或全尺寸試驗三個層次。各層次試驗設備的要求各不相同。1.實驗室評價設備偶各種類型的環-塊試驗機TimkenMHK-500LFW-1HQ運動形式滑動摩擦旋轉或擺動測量不同載荷與速度下球的磨斑直徑和Pb測量不同載荷與速度下的動摩擦系數和磨寬度適合于評定潤滑油、脂、膏的潤滑性及抗液體及半固體劑干膜潤滑劑1.實驗室評價設備摩擦副對偶名稱Falex-0試驗機HohmanA-6型高溫試驗機接觸及運動形式線接觸(4滑動摩擦線接觸(2滑動摩擦數據在固定速度下測定承載能力和耐磨壽命溫下固體材料的摩擦系數，磨痕寬度環境和試樣溫度應用范圍液體潤滑劑11.實驗室評價設備摩擦副對偶實驗機名稱各種類型的栓-盤(Pin-Disk)試驗機真空試驗機高溫試驗機Falex-6型(有多種接觸形式)粘滑試驗機靜動摩擦試驗接觸及運動接觸或面觸滑動摩擦滑動摩擦直線或往復可測數據在不同載荷與速度下測定材料的摩擦系數和耐磨性(磨痕寬度，線磨損量，質量損失)及環境 溫在極低的速度下測定材料的靜摩擦系數和動摩擦系數(粘滑現應用范圍液體或半固體潤滑劑摩擦副對偶實驗機名稱接觸及運動形式可測數據應用范圍滾滑類試驗機MM-200AMSLER軸承PV值試驗機n=n為純滾動12n≠n為滾滑12矩限PV值滑劑液體潤滑劑2.模擬試驗或臺架試驗設備試驗機名稱說明簡圖滾動軸承試驗用實際的徑向軸承或止推機軸承作摩擦副，測軸承使命齒輪或渦輪試如FZG齒輪試驗機，用齒輪作試件，測載荷下齒輪試驗機名稱說明簡圖摩擦離合器試模擬離合器摩擦狀態的試驗裝置驗裝置端面密封試驗模擬密封件作動密封時的摩擦狀態3.使用試驗(全尺寸試驗)用實際部件甚至整機在實際工況條件及環境系統綜合作用的結果。實驗結果很難判斷單一因素在整個運轉過程中實驗目的是確認系統運轉的可靠性。通常這全尺寸試驗。線接觸(純滾或滾滑)，面接觸 旋轉運動擦2.模擬試驗或臺架試驗設備n=0為純滑動144.9.2磨屑和表面的檢測和評定.磨屑的檢測磨屑的形狀、大小及數量，磨屑的成分和組織，都可以作為推斷曾經發生過的磨損過程和判斷磨損嚴重程度的依據。磨屑的檢測工具，常用的有光學顯微鏡，掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電鏡(TEM)油樣的光譜分析可檢測潤滑油中磨屑的數4.9.2磨屑和表面的檢測和評定1.磨屑的檢測X射線熒光分析(RFA)，發射光譜分析(ES)，X射線衍射技術等可用于檢測少量磨屑的金屬元素含量用放射性同位素示蹤技術檢測磨損量的精度極高。并可做到不停機條件下隨時提供磨損鐵譜技術譜片上沉積的微粒包括鋼鐵、有色金屬、氧化鐵(氧化物)、油中變質的物質、聚合物微粒以及各種污染微粒。依靠其各自的特征可以識別。圖3.18鐵譜儀原理簡圖2.表面的檢測(1)表面幾何形貌及粗糙度的檢測各種表面形貌儀，包括觸針式測量儀，電子探針，接觸式表面輪廓儀(含模擬計算和數字計算)，超精表面形貌儀等((a)顯微鏡-通過放大成像來觀察表面狀態包括光學顯微鏡和各種電子顯微鏡。電子顯微鏡的放大原理與光學顯微鏡類似，但放大倍數和分辨能力高，功能比光學顯微鏡多但試樣制備技術復表(b)分析譜儀-通過表面各種發射譜來分析表面成分的儀器分析譜儀產生的有各種基本激發源，有電子、離子、光子、中子、熱場、電場、磁場和聲波等八種，可以檢測樣品