金属磨损基本理论.ppt

* 本章结语 一般说来有相对运动的表面、就会有摩擦存在； 磨损总是伴随着摩擦而出现； 磨损有各种机理，但实际的磨损过程往往是不是单一因素起作用，而是复合效果； 摩擦和磨损行为都是系统行为；摩擦系统是时变系统。 掌握摩擦、磨损的基本理论，对于抑制磨损，提高机械零部件的可靠性，具有重要意义。 * 三、材料冶金质量的影响 钢材的冶金质量对零件的疲劳磨损寿命有明显的影响。 轴承钢对非金属夹杂物有严格的要求。轴承钢的疲劳磨损寿命与夹杂物的类型、形态和数量有很大的关系。其中Al2O3、TiN等氧化物，氮化物和硅酸盐影响最大。夹杂物尺寸越大、分布越不均匀，危害越大。特别是位于接触面表层（大约lmm）的夹杂物影响更大。 钢中的氧、氢、氮等气体也会降低滚动元件的疲劳磨损寿命。 * 四、其他因素的影响 疲劳磨损产生于滚动元件的接触表面，因此表面状态对疲劳磨损有很大影响。 精磨的滚柱寿命比车削的高11％， 抛光的滚柱比车削的寿命高22％， 粗糙的表面容易产生点蚀。 * 润滑剂对材料的疲劳磨损也有重要的影响 一般认为高粘度、低指数的润滑剂由于不容易进入疲劳裂纹而提高疲劳磨损寿命。 不同材料的滚动轴承的疲劳磨损寿命因润滑油不同而变化。因此滚动轴承的材料与润滑油的配合非常重要。 在润滑剂中适当加入某些添加剂，可以明显减缓疲劳磨损过程。 * 环境对疲劳磨损也有一定的影响 在有腐蚀介质的环境中，或者矿物油中含有水分，都会加速疲劳磨损。 温度升高会使润滑剂粘度下降，油膜厚度减小，使疲劳磨损加剧。 * §3.7 冲蚀磨损 §3.7.1 冲蚀磨损的定义与特点 冲蚀磨损是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。 根据冲蚀介质的不同，一般将冲蚀磨损分为气-固冲蚀磨损、液-固（浆体）冲蚀磨损、液滴冲蚀磨损和气蚀等几类。 本节主要介绍气体介质携带固体磨粒对材料表面的冲蚀磨损。 * §3.7.2 冲蚀磨损的基本理论 一、延性材料的切削理论 芬尼（I.Finnie）于 1958年提出延性材料的切削理论。其物理模型如图所示。 假设一颗多角形磨粒，质量为m，以一定速度v，冲角 冲击到靶材的表面， * 磨粒将对靶材进行切削而产生磨损，靶材的磨损体积为 式中V—靶材的磨损体积；m—冲蚀磨粒的质量；v—磨粒的冲蚀速度；p—靶材的流动应力； —磨粒的冲击角；K—常数。 由上式可知，材料的磨损体积与磨粒的质量和速度的平方（即磨粒的动能）成正比，与靶材的流动应力成反比，与冲角成一定的函数关系。 * 图3－18是1020钢、铜和铝的试验结果与理论计算结果的比较。可以看出试验结果与理论计算结果基本吻合，而且最大冲蚀磨损都发生在相同的冲角处。芬尼确定最大冲蚀磨损角 0。 * 大量试验结果表明，对于延性材料，多角形磨粒，小冲角的冲蚀磨损，切削模型非常适用。 而对于不很典型的延性材料（如一般的工程材料）、脆性材料、非多角形磨粒（如球形磨粒）、冲角较大（特别是冲角 接近于900）的冲蚀磨损则偏差较大。 * 二、变形磨损理论 比特(Bitter)于1963年提出把冲蚀磨损分为变形磨损与切削磨损两部分。 他认为反复冲击会使材料产生加工硬化，并提高材料的强度极限，当应力超过材料的强度时便形成裂纹。 他从能量观点出发，推导出变形磨损量WD和切削磨损量WC分别为 总磨损量W = WD + WC 式中M—冲蚀磨粒的质量；v—磨粒的冲蚀速度； —冲蚀角； —变形磨损系数；Q—切削磨损系数； —WC1=WC2时的冲蚀角；C、K、K1—常数。 * 三、脆性材料的断裂理论 脆性材料在磨粒的冲蚀下几乎不产生变形。 芬尼等根据赫兹应力分析认为，脆性材料在冲蚀磨损时，在材料表面存在缺陷的地方产生裂纹，然后裂纹不断扩展而形成碎片剥落。 * 脆性材料的冲蚀磨损规律与延性材料完全不同 当磨粒尺寸较大时，磨损量随冲角增大增加， 冲角 时磨损量最大。图3－20是典型脆性材料玻璃与典型延性材料铝的冲蚀磨损曲线对比。 * 埃文斯认为脆性材料的冲蚀磨损体积V决定于靶材和磨粒的性能，并得出表达式： 式中：V0—冲蚀速度；r—磨粒尺寸； 　　—磨粒的密度；　—靶材的断裂韧性；H—靶材的硬度。 * §3.7.3 影响冲蚀磨损的主要因素 一、磨粒的影响 1、磨粒硬度的影响 一般认为冲蚀磨损量是磨粒硬度的函数。试验研究表明：磨粒尺寸为125～150u，磨粒的冲蚀速度为130m/s，靶材为11％Cr钢，得到冲蚀磨损量与磨粒硬度H之间的关系式为 　　　　（3－32） *