材料的磨損性能及試驗概述

材料的磨損特性

磨（mó）損是由於機械作用和化學（xué）反應(包括熱化學、電化學和機械化學)使材料表（biǎo）麵材料不斷流失或（huò）產（chǎn）生殘餘變形和（hé）斷（duàn）裂的現象（xiàng）。

磨損是發生（shēng）在（zài）物體上的表麵現象，其接觸麵必然有相對運動。磨損（sǔn）必然導致物質損（sǔn）失(包括物質（zhì）轉移)，是一個漸進（jìn）的動（dòng）態過程，具有時（shí）變特征。

01

磨損的危害

(1)影響機器質量，降低設備使用（yòng）壽命，如齒輪齒麵磨損、機床主軸軸承磨損等。

(2)降低機器效率，消耗能量，如柴油機氣缸套的磨損等。

(3)降低機器的（de）可（kě）靠性，造成不安全因素，如斷齒、鋼軌磨損；

(4)消耗材料（liào），造成機械材料大規模報廢。

磨損（sǔn）曲線

磨合階段:表麵磨平，實際接觸麵積增大，表麵應（yīng）變變硬，形成氧化（huà）膜，磨損率（lǜ）降低；

穩定磨損階段:斜率是磨損率，唯一穩定的值；大部分零件處於（yú）穩定磨損階段(AB階段)；

嚴重磨損階段:隨著磨損的增加，磨損增加，表（biǎo）麵間隙（xì）增大（dà），表麵質量變差，零件很快失效。

02

磨損評估

磨損零件的表麵損傷是（shì）材料表麵單個微觀體積損傷的總和。目前，磨損（sǔn）評（píng）估（gū）方法沒有統一的標準。本（běn）文主要介紹磨損量、耐磨性（xìng）和磨（mó）損率（lǜ）三種方法。

磨損分（fèn）為長度磨損（sǔn）Wl、體（tǐ）積（jī）磨損Wv和重量磨損Ww。

耐磨性是指材料在（zài）一定工作條件下的耐磨性。耐磨性是體積磨損的倒（dǎo）數。

材料耐磨性分為相對耐磨性和絕對耐磨性。材料的（de）相對耐（nài）磨性ε是指兩種材料A和B在相同外界條件下的磨損量之比，其中一種材料的A為標準(或（huò）參考)樣（yàng）品。

εA=WA/WB

磨（mó）損率是用來衡量衝蝕磨損過程中的磨損量。(磨損率=材料的衝蝕磨損/導致磨損的磨料量)

03

磨損類型

按磨損（sǔn）機理可分為粘著磨損（sǔn）、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、衝（chōng）蝕磨損和微（wēi）動磨損，按環境介（jiè）質可分為幹磨損、濕（shī）磨損和流體（tǐ）磨損（sǔn）。

1.粘著磨損

摩擦副相對滑動時，由於粘著效應形成的接（jiē）合處會（huì）被剪切斷裂，被剪切的材料要麽脫落成碎片，要麽從一（yī）個表麵遷移到（dào）另（lìng）一個表麵。這種磨損稱為粘（zhān）著磨損。

磨損過程:粘著→剪切→轉移→再粘著。

粘著磨損示意圖

粘著磨損的類型、現（xiàn）象和原因

粘著磨損的影響因素

(1)摩擦副材料性能的影響

脆性材料比塑料材料具有（yǒu）更（gèng）高的抗（kàng）粘附性；

金屬（shǔ）相同或互溶性高的材料的摩擦副易發生粘著磨損，反之則不易發生粘著磨（mó）損（sǔn）。

多（duō）相金屬不容易粘著磨損；

表麵處理可以減少粘著磨損；

高硬度的金屬比低硬度的金屬（shǔ）具有更強的（de）抗（kàng）粘附性。

(2)負載和速度的影響

載荷增加——粘著磨（mó）損加劇，但（dàn）存在臨界載荷；

在一定壓力下，粘著磨損（sǔn）隨滑動速度的增（zēng）加而增加，達到一定最大值後隨滑動速度的增加而減少（shǎo）。

(3)表麵溫度的影響

表麵溫度升高，潤滑膜失效，材料硬度下降，摩擦表麵易發生粘著磨損。

(4)潤（rùn）滑油（yóu）和油脂的影響

在潤滑油和潤滑脂中加入油性或（huò）極壓添加劑，可提高潤滑油膜（mó）的吸（xī）附能力（lì）和油膜強度，可使抗粘著磨損能（néng）力提高一倍。

改善（shàn）粘著磨損的措施:增加硬度、使用互溶性小（xiǎo）的金屬、耐磨塗層、塗油性能、極壓添加劑。

2.磨料磨損

磨削表麵上的外部硬顆粒或硬突起或粗糙峰使表（biǎo）麵材料在摩（mó）擦過程中脫落的（de）現（xiàn）象稱（chēng）為磨粒磨損(也稱磨料磨損)。磨粒（lì）是由摩擦（cā）表麵（miàn）之間的摩擦產生的，或者是由介質帶入（rù）摩擦表麵的。

磨粒磨損是最常見的形式，主要（yào）發生在（zài）采礦、鑽井（jǐng）、建築、運輸和農業等（děng）機械零（líng）部件上。據（jù）統計（jì），工業中磨粒磨損造成的損失（shī）約占總量的50%。

磨料磨損的影響因素

改善（shàn）磨削磨損的措施:(1)對於以切（qiē）削為主要機製的（de）磨粒磨損，應提高材料硬度；(2)根據（jù）零件的使（shǐ）用條件，合理選擇相應的耐磨材料（liào）；(3)采用滲（shèn）碳、滲氮、共滲等（děng）化學熱處理提高表麵硬度；(4)零件的防塵和清潔。

3.疲勞和磨損

當兩個接觸表（biǎo）麵受到純滾動（dòng）或（huò）滾滑複合摩擦時，在高接觸壓應力的作用下，經（jīng）過多次應力循環後，在相互作（zuò）用表麵的局部區域發生小塊材料剝落（luò），形成凹坑或凹坑。這種磨損稱為（wéi）疲勞磨損，也稱為接觸疲勞。

疲勞與材（cái）料疲勞失效（xiào）的主要（yào）區別:磨損的產生與摩擦有關；磨損經常發生在材料的表（biǎo）層或次表層。

疲勞類型:點蝕剝落、淺層剝落和深層剝（bāo）落。

點（diǎn）狀剝落:指深度在0.1 ~ 0.2毫米以下的小片剝落，裂紋（wén）一般起於表麵，剝落坑呈針狀或（huò）痘狀。

淺層（céng）剝落:剝落（luò）深度一般為0.2 ~ 0.4毫米..經常出現在表麵粗糙度低，相對滑動小的（de）場合。

深層剝落:這種剝落坑深(> > 0.4mm)，大（dà）。通常，它（tā）出現在表麵（miàn）強化（huà）材料中，如滲碳鋼。

疲勞的影響因素

改善疲勞的措施包括（kuò）提高摩擦表麵硬度、采用表麵強化技（jì）術、提高（gāo）冶金質（zhì）量、減少缺陷、增加潤滑劑粘度、增加膜厚比和消除水分。

4.腐蝕（shí）和磨損（sǔn）

在摩擦過（guò）程（chéng）中，材料與（yǔ）周圍介質（zhì）發生化學或電化學反應，導致材料從表麵流失的現象（xiàng）稱為腐蝕磨（mó）損。

腐蝕根（gēn）據腐蝕介質的性質，腐蝕磨損可分為兩類，即（jí）化（huà）學腐蝕磨損和電化學腐蝕磨損。化（huà）學腐蝕磨（mó）損是指金屬材料在氣體介質或非電解質溶液中的磨損，其中最主要的是氧化磨損。電化學腐蝕（shí）磨損是指金屬材料在導電電解質溶液中（zhōng）的磨損。

氧化磨（mó）損是指金屬表（biǎo）麵與氣體介質發生氧化反應，在表麵（miàn）形（xíng）成氧化膜，然後被磨料或（huò）微凸體去除，新露出的表麵再次（cì）被氧化磨掉的過程（chéng）中形成的磨損。

氧化磨（mó）損條件:摩擦表麵的氧化速（sù）率高於氧化膜，氧化膜與基體的結合（hé）強（qiáng）度高於摩擦表麵的剪切應力，氧化膜的厚度大於（yú）表麵磨損的深度。

氧化磨損的影響因素:氧化膜性質、載荷、滑動速（sù）度、金屬表麵狀態。

電化學磨損是（shì）指摩擦副在電解質溶液(如酸、堿、鹽等)中工作的過程。)，並與它（tā）們反應形成各種產物，然後在摩擦中被去除。

摩擦表麵布滿點狀或絲狀腐蝕（shí）痕跡，磨損產物為（wéi）酸、堿、鹽的金屬化合物。

電化學磨損的影響因（yīn）素:(1)腐蝕介（jiè）質的性質，同（tóng）一種（zhǒng）材料在不同介質中的腐蝕磨損（sǔn）行為是（shì）不同的，此（cǐ）外，介質的濃度、pH值、溫度也會影響（xiǎng）腐蝕磨損；(2)材料性能:在強磨損-弱腐蝕條件下，含碳量（liàng）增加-耐磨性增加，而在（zài）弱磨損-強腐蝕條件下，耐磨性降低。不（bú）同熱處理後鋼的顯微組織差異也會影響鋼的（de）耐磨性。(3)力學因素，外加載荷的大小和頻率也（yě）會影響（xiǎng）材（cái）料的耐磨（mó）性。

5.其（qí）他形式（shì）的磨損

衝蝕是指流體或固體顆粒以一（yī）定的速度和角度衝擊材料表麵而產生的磨損。

根據顆粒及其（qí）攜帶介質的（de）不同，衝蝕磨（mó）損可分為氣固衝蝕磨損、流體衝蝕磨損、液滴衝蝕和氣蝕磨損。

對於衝蝕磨損，通常采（cǎi）用預（yù）防護塗層（céng），根據不同的磨損條件選擇不同的防護層。主要有三種:耐磨塗層膠和（hé）耐磨修補劑進行預保護；采用耐磨陶瓷膠粘貼專用耐磨陶瓷片進行預保（bǎo）護；采用聚氨酯彈性塗層。

微動磨損是指壓（yā）配合表麵在小振幅振（zhèn）動下的（de）磨損現象，是一種複合磨損（sǔn）(粘著、磨（mó）粒、疲（pí）勞和腐蝕)。

金屬表麵微動磨損原理示意圖（tú）

微動的控製措施:消除振動，增加結合（hé）麵的正壓（yā）力（lì），增加結（jié）合麵（miàn）之間的摩擦力，采用良好的潤滑、脂和固體潤滑劑。

04

磨耗試驗

確定材料耐磨性的材料試驗。通過這（zhè）個測試，可以比較材料的耐磨性。

磨損試驗比常規材料試驗更複雜。首（shǒu）先，需要考慮零部件的具體工（gōng）作條件並確定磨損形（xíng）式，然後選擇合適（shì）的試驗（yàn）方法（fǎ），使試驗結果與實際（jì）結果吻合。

磨損試驗（yàn）方法的（de）比較（jiào）

磨損試驗機:滾子磨損試驗機、環磨（mó）損試驗機、轉盤單（dān）針磨損（sǔn）試驗機、往（wǎng）複摩擦磨損試驗機、四球摩擦磨（mó）損試驗機、接觸疲勞試驗機和濕磨試驗機（jī）。