材料的（de）磨損性能及試驗概述

材料的磨損特性

磨損是（shì）由於機械（xiè）作用和化（huà）學反應(包括熱化學、電化學（xué）和機械化學（xué）)使材料表麵材料不斷流失或產生殘餘變形和斷裂的現象。

磨損是發生（shēng）在物體上的表麵現象，其接觸麵必然有（yǒu）相對運動。磨損必然導致物質損失(包括物質轉移)，是一個漸（jiàn）進的動態過程，具有時變特（tè）征。

01

磨損的危害

(1)影響（xiǎng）機器質量（liàng），降低設備使用壽命，如齒（chǐ）輪齒麵磨損、機床主軸（zhóu）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)降低機器的可靠性，造成不安全因素，如斷齒、鋼軌磨損；

(4)消耗材料，造成（chéng）機械材料大（dà）規模報廢。

磨損曲線

磨合階段（duàn）:表（biǎo）麵磨平，實際（jì）接觸麵積增大，表麵應變變硬，形成氧化膜（mó），磨（mó）損率降（jiàng）低；

穩定磨損階（jiē）段:斜率是磨損率，唯一穩定的（de）值；大部分零（líng）件處於穩定磨損階段(AB階段)；

嚴重磨損（sǔn）階段:隨著磨（mó）損的增加，磨損增加，表麵間隙增大，表麵質量變差，零件（jiàn）很快失效。

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磨損評估

磨損零件的表（biǎo）麵（miàn）損傷是材料表麵單個微觀體積損傷的（de）總和。目前，磨損評估方法沒有統一的標準。本文主要介紹磨損量、耐磨（mó）性和磨（mó）損率（lǜ）三種方法。

磨損分為長度磨損Wl、體積（jī）磨損Wv和重量磨損Ww。

耐磨性是指材料在一定工作條件下的耐磨性。耐磨性是體積磨損的（de）倒數（shù）。

材料耐（nài）磨性分為相對耐磨（mó）性和絕對耐磨性。材料的相對（duì）耐磨性ε是指兩種材料（liào）A和B在（zài）相同外界（jiè）條件下的磨損量之比，其中一（yī）種材料（liào）的A為標準(或（huò）參考（kǎo）)樣品。

εA=WA/WB

磨損率（lǜ）是用（yòng）來衡量衝蝕磨損過程中的磨損量。(磨損率=材（cái）料的衝蝕磨損/導致磨損的磨料量)

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磨損類型

按磨損機理可分為粘著磨損、磨料磨損（sǔn）、疲勞磨損（sǔn）、腐蝕磨損、衝蝕（shí）磨（mó）損和微動磨損，按環境（jìng）介質可分為幹磨損、濕磨損和流體（tǐ）磨損。

1.粘著磨損（sǔn）

摩擦副相（xiàng）對滑動時，由於粘著效應形成的接合處會被剪切斷裂，被剪切的材（cái）料要麽脫落成碎片，要麽從（cóng）一個表麵遷移到另一個表麵（miàn）。這種磨損稱（chēng）為粘著（zhe）磨損（sǔn）。

磨損（sǔn）過程:粘著→剪切→轉移→再粘著。

粘著磨損示意圖（tú）

粘著磨損的類型、現象和原因

粘著磨損的影響因素

(1)摩擦副材料（liào）性能的影響

脆性材料比塑料材料具有更高（gāo）的抗粘附性（xìng）；

金屬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（fā）生粘著磨損。

多相金屬不容易粘著磨損；

表麵處（chù）理可以減少粘著（zhe）磨損；

高（gāo）硬度的金（jīn）屬比低硬度的金屬（shǔ）具有更強的抗粘附性。

(2)負（fù）載和速（sù）度的影響

載荷增加——粘著磨損加劇，但存在臨界載荷；

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

(3)表麵溫（wēn）度的影響

表麵（miàn）溫（wēn）度（dù）升高，潤滑膜失效，材料硬（yìng）度下降，摩擦表（biǎo）麵易（yì）發生粘著磨損。

(4)潤滑油和油脂的影響（xiǎng）

在潤滑油和潤（rùn）滑脂中加入油性（xìng）或極壓添加劑，可提高（gāo）潤滑油（yóu）膜的吸（xī）附能（néng）力和油膜（mó）強度，可使抗粘著磨損能力提高一倍。

改善粘（zhān）著磨損的措施:增加硬度、使用互溶（róng）性小的金屬、耐磨塗層、塗油性能、極壓添加劑。

2.磨料磨損

磨削（xuē）表麵上的外部（bù）硬顆粒或（huò）硬突起或粗糙峰（fēng）使表麵材料在摩擦過程中脫落的現象稱為磨（mó）粒磨損(也稱（chēng）磨料磨損)。磨粒是由（yóu）摩擦表麵之間的摩擦（cā）產生（shēng）的，或者是由介質帶入摩擦表麵的。

磨粒磨損是最常見的形式，主要發生在采礦、鑽井、建築、運輸和農業等機械零部件上。據統計，工業中磨粒磨損造成的損失約占總（zǒng）量的50%。

磨料磨損（sǔn）的影響因素

改善磨削磨（mó）損的措施:(1)對於以切削為（wéi）主要機製的磨粒磨損，應提高材料（liào）硬（yìng）度；(2)根據零（líng）件的使用條件，合理選擇相應的耐磨材（cái）料；(3)采（cǎi）用滲碳、滲氮、共滲等化（huà）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（dāng）兩個接觸表麵受到純滾動或滾滑複合摩（mó）擦（cā）時（shí），在高（gāo）接觸壓（yā）應力的作用下，經過多次應力循環後，在相互作用表麵的局部區域發生小塊材料剝落，形成凹坑或凹坑。這種磨損稱為疲勞磨損，也稱為接觸疲勞。

疲勞與材料疲（pí）勞失效的主要區別:磨損的產生與摩擦有關；磨損（sǔn）經常發生在（zài）材料的表（biǎo）層或次表層。

疲勞類型:點蝕剝（bāo）落、淺層剝落和深層剝落。

點狀剝落:指深度在0.1 ~ 0.2毫米以下的小片剝落（luò），裂（liè）紋一般起於表（biǎo）麵，剝落坑呈針狀或痘狀。

淺層剝（bāo）落:剝落深度一般為0.2 ~ 0.4毫（háo）米..經常出現在表麵粗糙度低，相對滑動小的場合。

深層剝落:這種剝落坑深(> > 0.4mm)，大。通常，它出（chū）現在表麵強化材（cái）料中，如滲碳鋼。

疲勞的影響（xiǎng）因素

改善（shàn）疲勞的（de）措施包括提高摩擦表麵硬度、采用表麵強化技術、提高冶（yě）金質量、減少缺陷、增加（jiā）潤滑劑粘度、增加膜厚比和消除水分。

4.腐（fǔ）蝕和磨損

在摩擦過（guò）程中，材料與周圍介質發生化學或電化（huà）學反應，導致材（cái）料從表麵流（liú）失的（de）現象稱為腐蝕磨損。

腐蝕（shí）根據腐蝕介質的性質，腐蝕磨損可分為兩類，即化學腐蝕磨（mó）損和電化學腐蝕磨（mó）損。化學腐蝕磨損是指金屬（shǔ）材料在氣體介（jiè）質或非電解質溶液（yè）中的磨損，其中最主要的是氧化磨（mó）損。電化學腐蝕磨損是指金屬材料在導電（diàn）電解質溶（róng）液中的磨損。

氧化磨損是指金屬表麵與氣（qì）體介質（zhì）發生氧化反應，在表麵形成氧化膜（mó），然後被磨料或微（wēi）凸體去除，新露出的表麵再次被氧化磨掉的（de）過程中形成的磨損。

氧化磨（mó）損條件:摩擦表麵的（de）氧化速率（lǜ）高（gāo）於氧化膜，氧化膜與（yǔ）基體的結合強度高（gāo）於摩擦表麵的剪切（qiē）應力，氧化膜（mó）的厚度（dù）大於表麵磨損的深度。

氧化磨損的影響（xiǎng）因素:氧（yǎng）化膜性質、載荷、滑動速度、金屬表麵狀態。

電化學磨損（sǔn）是指摩擦副在電解質溶液(如酸、堿、鹽（yán）等)中工作的過程。)，並與它們反應（yīng）形成各種產物，然後在摩擦中被去除。

摩（mó）擦表麵布滿（mǎn）點狀或絲狀腐蝕痕跡（jì），磨損產物（wù）為酸、堿、鹽的金屬化合物。

電化學磨損的影（yǐng）響（xiǎng）因素:(1)腐蝕介（jiè）質的性質，同一種材料在不同（tóng）介質中的腐蝕磨損行為是不同的，此外，介質的濃度、pH值、溫度也會影（yǐng）響（xiǎng）腐（fǔ）蝕（shí）磨損；(2)材料性能:在強（qiáng）磨損-弱腐蝕條件下，含碳量增加-耐磨性增加，而在弱磨損-強腐（fǔ）蝕條件下，耐磨性降低。不（bú）同（tóng）熱處（chù）理（lǐ）後鋼的顯微組織差異也會影響鋼的耐磨（mó）性。(3)力學因素，外加載荷的大（dà）小和頻率也會影響材（cái）料的耐磨性。

5.其（qí）他形式的磨損

衝蝕（shí）是指流體或固體顆粒以一（yī）定的速（sù）度和角度衝（chōng）擊材（cái）料表麵而產生的（de）磨損。

根據顆粒及其（qí）攜帶介質的不（bú）同，衝蝕磨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（yú）衝蝕（shí）磨損，通常采用預防護塗層，根據不同的磨損條（tiáo）件選擇不同的防護層。主要有三種:耐磨塗層膠和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護；采用聚氨酯彈性（xìng）塗層。

微動磨損是指壓配合表麵在（zài）小振幅（fú）振動下的磨損現象，是一（yī）種複合磨損(粘著、磨粒、疲勞和（hé）腐蝕)。

金屬表麵微動（dòng）磨（mó）損原理示意圖

微動的控製（zhì）措（cuò）施:消除振動，增加（jiā）結合麵的正壓力，增加結合麵之間的（de）摩擦力，采用（yòng）良（liáng）好的潤滑、脂和（hé）固體潤（rùn）滑劑（jì）。

04

磨耗試驗

確定（dìng）材料耐磨性的材料試驗。通過這個測試，可（kě）以比較材料的耐磨性。

磨損試驗比常規材料試驗更複雜。首先，需要考慮零部件的具體工作條件並確（què）定磨損（sǔn）形式，然後（hòu）選擇合適（shì）的試驗方法，使試驗結果與實際結果吻合。

磨（mó）損試驗方法的（de）比較

磨損試驗機:滾子磨損（sǔn）試驗機、環磨損試驗機、轉盤（pán）單針磨損試驗機、往複摩（mó）擦磨損試驗機（jī）、四球摩擦磨損（sǔn）試驗機、接（jiē）觸（chù）疲勞試驗（yàn）機和濕磨試驗機。