1、第一章摩擦基礎(chǔ)(磨損)，概述：1.1定義：摩擦對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)中表面物質(zhì)繼續(xù)丟失或剩余變形的現(xiàn)象。表面物質(zhì)運(yùn)動(dòng)主要包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、化學(xué)作用和熱作用。(1)由于機(jī)械作用，摩擦表面發(fā)生物質(zhì)損失和摩擦表面的物理變形。(2)化學(xué)作用改變了摩擦表面的形貌。(3)由于熱作用，摩擦表面發(fā)生了形狀變化。(4)不同的效果導(dǎo)致不同的效果。1.2磨損的危險(xiǎn)：(1)影響機(jī)器質(zhì)量，縮短設(shè)備壽命。漸開線齒形被破壞，例如齒輪齒面的磨損，導(dǎo)致傳動(dòng)中的沖擊振動(dòng)。機(jī)床主軸軸承磨損影響零件的加工精度。(2)降低機(jī)器的效率，消耗能源。像柴油引擎缸套的磨損一樣，電力不能充分發(fā)揮。(3)減少機(jī)器的可靠性，造成不安全因素。斷了的牙齒，鋼軌磨損等。

2、(4)由于材料消耗，機(jī)器材料的大面積報(bào)廢了。1.3研究?jī)?nèi)容：(1)磨損類型和發(fā)生條件、特性及變化規(guī)則。(2)影響材料、表面形式、環(huán)境、滑動(dòng)速度、負(fù)載、溫度等磨損的各種因素。(3)磨損的物理模型、計(jì)算及改進(jìn)措施。(4)磨損試驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)分析方法。1.4磨損過程的一般規(guī)律：1 .磨損過程曲線：一般磨損曲線通常由三個(gè)茄子磨損變化階段組成。(1)運(yùn)行階段：磨損量隨著時(shí)間的推移而增加。在初始運(yùn)動(dòng)階段，由于表面粗糙度的原因，微凸接觸區(qū)域較小，接觸應(yīng)力大，磨損速度快。(2)穩(wěn)定磨損階段：摩擦表面拋光后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，磨損率保持不變?；諛?biāo)磨損條件相對(duì)穩(wěn)定，在零件的整個(gè)壽命范圍內(nèi)工作的過程。(3)劇烈磨損階段：工

3、作條件惡化，磨損量急劇增加。精確度降低、間距增加、溫度升高、沖擊、震動(dòng)和噪音產(chǎn)生，結(jié)果元件完全無效。非典型磨損曲線，2 .磨損特性曲線-浴缸曲線、典型浴缸曲線、1.5磨損、摩擦和潤(rùn)滑關(guān)系、油膜厚度比、磨損類型、2.1磨損類型、2.2表面破壞方法和特性、2.3、2粘合磨損機(jī)器：在負(fù)載的作用下接觸徐璐的微凸體受到高壓力，先發(fā)生變形，在一些地區(qū)焊接微凸體相對(duì)移動(dòng)時(shí)，徐璐焊接的微凸體被切割和斷裂。變成剝落的材料或碎屑，發(fā)生轉(zhuǎn)移。撕裂處位于焊接部位時(shí)，不會(huì)發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)移。如果撕裂的地方不在焊接的部位，就會(huì)發(fā)生物質(zhì)的遷移。粘合-切割-轉(zhuǎn)移-再粘合循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行，形成粘合磨損過程。3 5茄子典型的粘合磨損，(1

4、)輕微磨損：粘合強(qiáng)度低于摩擦父系金屬的剪切強(qiáng)度，剪切破壞發(fā)生在粘合接合面，是表面轉(zhuǎn)移較少的材料。(2) :粘合結(jié)合強(qiáng)度大于軟金屬剪切強(qiáng)度，小于硬金屬剪切強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在離粘合接合面不遠(yuǎn)的相對(duì)柔軟的金屬淺層，軟金屬被涂抹在堅(jiān)硬的金屬表面。(3)擦傷：粘合結(jié)合強(qiáng)度高于兩種茄子基本金屬的剪切強(qiáng)度。剪切發(fā)生在比較軟的金屬的亞層或輕金屬的亞層，轉(zhuǎn)移到輕金屬的粘性物在柔軟的表面上有細(xì)而淺的劃痕，輕金屬表面有時(shí)也有劃痕。(4)劃痕：粘合連接強(qiáng)度高于兩種氣體金屬的剪切強(qiáng)度，剪切應(yīng)力高于粘合連接強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在摩擦副金屬的深處，表面表現(xiàn)為寬而深的劃痕。(5)咬：粘合連接強(qiáng)度高于兩種氣體金屬的剪切強(qiáng)度，粘

5、合區(qū)域大，剪切應(yīng)力低于粘合連接強(qiáng)度。摩擦對(duì)之間粘得很厲害，不能相對(duì)移動(dòng)。4簡(jiǎn)單粘合磨損計(jì)算(Archard模型):1。磨損量與滑動(dòng)距離成正比。適合多種條件。磨損量與負(fù)載成正比。適用于有限負(fù)載范圍。3.磨損量與相對(duì)柔軟的材料的硬度或屈服限制成正比。* *實(shí)際上，只有在同一金屬材料形成摩擦對(duì)的情況下，才能根據(jù)硬度估算粘合磨損、合金或其他材料的摩擦對(duì)，硬度不會(huì)反映粘合系數(shù)、粘合磨損或粘合引起的咬痕等。三種茄子粘合磨損規(guī)律：5粘合磨損的影響因素，(1)摩擦輔助材料：a:材料性能：脆性材料比塑料材料的附著力高。* *塑料材料粘合節(jié)點(diǎn)的破壞以塑料流為主，發(fā)生在表面深處，磨損顆粒大。* *脆性材料對(duì)粘合點(diǎn)的

6、破壞主要是剝落，損傷深度淺，磨損顆粒小，容易脫落，表面不堆積。* *根據(jù)強(qiáng)度理論，脆性材料的破壞是由正應(yīng)力引起的，塑膠材料的破壞是由剪應(yīng)力決定的。表面接觸的最大正應(yīng)力作用于表面，最大剪應(yīng)力在表面有固定深度，因此材料可塑性越高，粘合磨損越嚴(yán)重。b:材料互溶性：同一金屬或互溶性大的材料摩擦對(duì)容易發(fā)生粘合磨損。-嗯？異種金屬或互溶性小的材料摩擦部的粘合磨損防護(hù)能力高。-嗯？金屬和非金屬摩擦副的粘合磨損能力高于轉(zhuǎn)移金屬摩擦副。c:材料的組織結(jié)構(gòu)和表面處理：-多相金屬比單相金屬的粘合磨損耐受度高。通過表面處理技術(shù)，在金屬表面生成硫化物、磷化物、氯化物等薄膜，可以減少粘合效果，表面口罩限制損傷深度，提高抵

7、抗粘合磨損的能力。d:材料的硬度：與硬度較低的金屬相比，硬度較低的金屬具有更強(qiáng)的附著力，表面接觸應(yīng)力大于柔軟金屬硬度的三分之一，許多金屬?gòu)妮p微磨損過渡到嚴(yán)重的粘合磨損。E:表面粗糙度：通常，降低摩擦對(duì)的表面粗糙度可提高粘合性。硬度的影響，(2)外部環(huán)境條件：a:潤(rùn)滑條件：向潤(rùn)滑油或希臘加入油或極壓添加劑。選擇導(dǎo)熱性高的摩擦輔助材料，或加強(qiáng)冷卻以降低表面溫度。改善表面形態(tài)，減少接觸壓力等，可以提高抵抗粘合磨損的能力。B:相對(duì)滑動(dòng)速度：如果負(fù)載恒定，則滑動(dòng)速度增加時(shí)，粘合磨損量增加。隨著相對(duì)滑動(dòng)速度的增加，表面溫度升高，表面生成的氧化膜切斷金屬之間的直接接觸，減少粘合磨損。c:負(fù)載的影響：負(fù)載增加

8、到臨界值時(shí)，粘接磨損量急劇增加。右圖為四球磨損直徑的變化。負(fù)載達(dá)到特定值時(shí)，磨損直徑會(huì)快速增加。牙齒載荷稱為粘合載荷。d:表面溫度：溫度主要導(dǎo)致摩擦表面。(1)表面特性發(fā)生變化(例如硬化、相變或軟化)。(2)表面膜變化：破壞表面膜會(huì)形成氧化膜或其他形式的化合物膜。(3)潤(rùn)滑劑的性質(zhì)發(fā)生變化：油膜氧化或熱分解，油膜分離，分子鏈方向消失。一般來說，溫度升高，材料硬度下降，不考慮其他因素的作用時(shí)，摩擦表面容易發(fā)生粘合磨損。磨料磨損，1定義了在：摩擦過程中，硬顆?；蛴餐黄鹞餂_洗摩擦表面而導(dǎo)致材料脫落的現(xiàn)象。磨是摩擦表面徐璐摩擦產(chǎn)生的，或從介質(zhì)流入摩擦表面。2磨料磨損分類及磨損特性：3磨料磨損機(jī)理，(1

9、)微細(xì)切削(2)擠壓剝：磨料在載荷作用下擠壓摩擦面，將塑料材料表面擠壓成層或鱗片狀碎屑。(3)疲勞破壞：摩擦表面是磨料產(chǎn)生的循環(huán)接觸力的作用，表面材料因疲勞而剝落。4磨料磨損簡(jiǎn)化模型計(jì)算：簡(jiǎn)單的計(jì)算方法根據(jù)微觀切削機(jī)理，lavin novici模型：假設(shè)單個(gè)磨料形狀為圓形圓錐，半角，載荷為W，深度為H，滑動(dòng)距離為S，屈服極限為S。，5影響磨料磨損的因素：(1)硬度因素：磨料硬度H0比試樣的硬度H比：磨料硬度低于試樣的硬度時(shí)，H0 (0.71)H不產(chǎn)生磨料磨損或輕微磨損。磨料硬度超過試樣的硬度，磨損量隨磨料硬度增加。磨料硬度高會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的磨損，此時(shí)磨損量不再隨磨料硬度變化。為了避免磨料磨損，材料

10、硬度必須高于磨料硬度，通常在H 1.3 H0時(shí)僅發(fā)生輕磨料磨損。(2)磨料大?。浩胀ń饘俚哪p率隨著磨粒平均大小的增加而增加，磨粒大小達(dá)到特定臨界大小后，磨損率不再增加，臨界大小約為80米。磨料大小影響，(3)載荷的影響：磨損率與壓力成正比，但有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在壓力達(dá)到或超過臨界壓力時(shí)，磨損率隨壓力的增加而緩慢變化。負(fù)載，侵蝕磨損，1 .定義：流體或固體粒子以特定的速度和角度沖擊材料表面的磨損。2.侵蝕磨損理論：(1)塑料材料切削理論：菲尼于1958年首次提出了塑料材料切削理論。把磨石當(dāng)作小工具，認(rèn)為是穿過材料表面時(shí)切割材料表面造成的磨損。理論分析材料的磨損體積為V=Kmv2f()/P。其中，V

11、材料的磨損體積、M侵蝕磨粒的質(zhì)量V磨粒的侵蝕速度磨粒的沖擊角度P材料的流動(dòng)應(yīng)力K常數(shù)* *表明，材料的磨損體積與磨粒的質(zhì)量和速度成反比，與沖擊角度成正比。研究結(jié)果表明，牙齒模型非常適合塑料材料、多邊形拋光粒子、小沖擊角度的侵蝕磨損。否則，存在偏差。(2)脆性材料的破壞理論：脆性材料在磨料粒子侵蝕下不變形，主要以破壞損傷的形式磨損。磨料大小大，磨損量隨著沖擊角度的增加而增加，沖擊角度為90度時(shí)磨損量最大。(3)變形磨損理論：比特于1963年提出，侵蝕磨損分為變形磨損和切削磨損。認(rèn)為90度沖壓下的沖蝕磨損與粒子沖擊靶的變形有關(guān)，1972年謝爾登和凱希爾通過單粒子侵蝕磨損實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。(4)薄片剝理論：

12、利維等提出了侵蝕磨損時(shí)形成薄片的大變形，由于絕熱剪切變形，被金屬的退火溫度加熱，形成柔軟的表面層。下面是材料塑性變形引起的加工硬化區(qū)域，牙齒區(qū)域的形成對(duì)表面層薄片的形成起到了促進(jìn)作用。3 .影響侵蝕磨損的主要因素(1)沖擊粒子的特性：硬度：磨損量是硬度的函數(shù)。形狀：在相同的條件下，尖磨造成比球形磨更大的侵蝕磨損。大?。捍笮⌒。绊懖淮?，隨著大小的增加，磨損增加，尺寸達(dá)到一定值，磨損幾乎沒有增加。(2)侵蝕速度：速度對(duì)磨損有很大影響。因?yàn)榍治g磨損與磨粒的動(dòng)能直接相關(guān)。研究表明，磨損量與拋光速度有以下關(guān)系。W=K N速度金志洙，通常為23，塑料材質(zhì)變化小，2.32.4，脆性材質(zhì)變化大，需要2.26

13、.5。(3)沖擊角：主要與目標(biāo)材料有關(guān)。塑料材料的磨損開始隨著沖擊角度的增加而增加，沖擊角度為2030度時(shí)磨損量最大，隨著沖擊角度繼續(xù)的增加而減少。脆性材料隨著沖擊角度的增加，磨損量繼續(xù)增加，沖擊角度為90度時(shí)磨損率最大。(4)靶材料的影響：材料硬度：越高材料加工硬化：加工硬化提高材料的低角度侵蝕磨損的耐磨性，但較大角度侵蝕磨損的耐磨性較低。材料的組織特征：牙齒方面的研究很不足，有徐璐矛盾的結(jié)果。疲勞磨損，1 .定義：摩擦接觸表面是由于交流接觸壓力應(yīng)力的作用，材料表面因疲勞損壞而導(dǎo)致表面脫落的現(xiàn)象。有兩種茄子基本類型：宏觀和微觀疲勞磨損。2.宏觀疲勞磨損：徐璐滾動(dòng)、滾動(dòng)或滑動(dòng)的兩個(gè)摩擦表面，在

14、循環(huán)變化的接觸應(yīng)力下，材料疲勞脫落的現(xiàn)象。* *齒輪、滾動(dòng)軸承等。(1)破壞形態(tài)：表面有不同深度的斑點(diǎn)狀凹痕。凹坑小而深，碎屑為扇形顆粒，稱為點(diǎn)蝕。凹坑大而淺，碎屑為碎片。(2)發(fā)生原因：由于表面上的循環(huán)接觸應(yīng)力，最大剪應(yīng)力發(fā)生在表面以下的特定深度。如果強(qiáng)度不足或有缺陷，則首先發(fā)生塑料變形，經(jīng)過應(yīng)力循環(huán)，然后出現(xiàn)疲勞裂紋，沿最大剪切應(yīng)力方向延伸到曲面，最終導(dǎo)致曲面材料下降。(A)純滾動(dòng)接觸表面：裂紋的產(chǎn)生多來自子表面的最大剪應(yīng)力，擴(kuò)展也很慢，比裂紋的產(chǎn)生階段長(zhǎng)，損傷斷口有光澤。(B)滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦表面：接觸壓力應(yīng)力和剪切應(yīng)力同時(shí)存在，摩擦表面容易產(chǎn)生塑性變形，形成微小的裂紋，裂紋開始于表面，開

15、始階段大于擴(kuò)展階段，制動(dòng)器相對(duì)較暗。(C)表面強(qiáng)化處理后：裂紋通常發(fā)生在表面硬化層和氣體的邊界，裂紋擴(kuò)展首先與表面平行，然后垂直或傾斜于表面向外擴(kuò)展。損傷形式類似于首先是麻點(diǎn)，然后是大塊剝落，表面壓碎的現(xiàn)象。3 .微觀疲勞磨損：特征：滑動(dòng)接觸表面微凸相互接觸導(dǎo)致材料疲勞產(chǎn)生的機(jī)械磨損現(xiàn)象。原因：表面材料下降是由負(fù)載脈沖多次作用于微凸體引起的。* *固體表面徐璐接觸時(shí)，實(shí)際接觸點(diǎn)不連續(xù)，兩個(gè)表面的微凸體徐璐碰撞，產(chǎn)生沖擊力，微凸體受到重復(fù)的沖擊和變形，材料疲勞磨損。4 .疲勞磨損的破壞機(jī)理：(1)脫麻：表面接觸應(yīng)力小、摩擦力大或表面質(zhì)量差，如表面有脫碳、燙傷、火不足、雜物等缺陷，容易發(fā)生脫麻。電

16、子是因?yàn)楸砻娴淖畲缶C合剪應(yīng)力高。后者是因?yàn)椴牧系募羟袕?qiáng)度低。1 .在最大綜合剪應(yīng)力下產(chǎn)生塑性變形，形成裂紋。2.潤(rùn)滑油粘滯，高壓力下裂紋變大，滾動(dòng)方向和傾角小于45度。3.尖端應(yīng)力集中生成與初始裂紋垂直的二次裂紋。4.二次裂紋擴(kuò)展到表面，到達(dá)表面后，剝落金屬片，形成凹坑。(2)淺層剝：如果零件表面粗糙度低，相對(duì)滑動(dòng)小，即摩擦小，則產(chǎn)生更多。(A)裂紋發(fā)生在亞洲表面，其中切割應(yīng)力最大，塑性變形最大。(B)接觸應(yīng)力的重復(fù)作用導(dǎo)致塑料變形重復(fù)，從而使材料部分減弱。(C)在非金屬雜物附近裂開，沿非金屬雜物平行于表面延伸。(D)滾動(dòng)和摩擦的作用下，產(chǎn)生與表面成一定斜度的二次裂紋，二次裂紋擴(kuò)展到表面，另一

17、端形成懸臂。(e)反復(fù)彎曲斷裂，形成淺剝離。(3)深度剝離：表面硬化處理部件的心臟強(qiáng)度低，硬化層深度不合理，或者硬度梯度太大，容易發(fā)生深度剝離。* *初始裂紋經(jīng)常發(fā)生在過渡區(qū)域，在牙齒區(qū)域中，剪切應(yīng)力不大，但力學(xué)性能弱，剪切應(yīng)力高于材料強(qiáng)度，從而產(chǎn)生裂紋。裂縫形成后，首先平行于表面延伸。也就是說，沿過度的區(qū)域延伸，然后沿垂直表面延伸，最終形成更深的剝落坑。7.5。疲勞磨損的影響因素1。干摩擦或潤(rùn)滑條件下的宏觀應(yīng)力場(chǎng)2。摩擦輔助材料的力學(xué)性能和強(qiáng)度3。材料內(nèi)部缺陷的幾何形狀和分布密度4。潤(rùn)滑劑或介質(zhì)與摩擦輔助材料的相互作用，主要影響因素：(1)非金屬夾雜物：脆性夾雜物容易產(chǎn)生裂紋，減少接觸疲勞壽命。塑